Đang tải... (xem toàn văn)
I. LPG 1. Khái niệm: LPG (Liquified Petroleum Gas) là khí đốt hoá lỏng. Là sản phẩm thu được từ quá trình chưng cất và tinh luyện. LPG có từ 2 nguồn: từ các quặng dầu, và các mỏ khí được tách ra từ các thành phần khác nhau. 2. Thành phần: Gồm Propane (C3H8) và Butan (C4H10) cất trữ dưới dạng lỏng với áp suất từ 68 bar ở nhiệt độ khoảng 42oC. Ngoài ra còn có các chất khác như nhưng rất ít, do tinh chế chưa sạch hoặc được thêm vào để phù hợp với mục đích sử dụng nào đó.
Năng lượng – nhiên liệu LPG I LPG Khái niệm: - LPG (Liquified Petroleum Gas) khí đốt hố lỏng Là sản phẩm thu từ q trình chưng cất tinh luyện - LPG có từ nguồn: từ quặng dầu, mỏ khí tách từ thành phần khác Thành phần: Gồm Propane (C3H8) Butan (C4H10) cất trữ dạng lỏng với áp suất từ 6-8 bar nhiệt độ khoảng -42oC Ngồi có chất khác ít, tinh chế chưa thêm vào để phù hợp với mục đích sử dụng a) Propane (C3H8): - hydro cacbon họ ankan thể khí, thu q trình tinh luyện dầu Có cơng thức cấu tạo: - nặng khơng khí khoảng 1.55 lần, nhẹ nước 0.5-0.53 lần b) Butan (C4H10): - hydro cacbon họ ankan có khí thiên nhiên thu từ q trình tinh luyện dầu Có cơng thức cấu tạo: - nặng khơng khí khoảng 2.07 lần, nhẹ nước 0.55-0.58 lần c) Các chất khác: - ethane (C2H6), pentane (C5H12) ethylene (C2H4), butadiene (C4H6)…nhưng ít, tinh chế chưa thêm vào để cải thiện tính chất tuỳ mục đích sử dụng Thành phần LPG biến động theo sở sản xuất - Mercaptan pha trộn với tỉ lệ định làm cho LPG có mùi đặc trưng để dễ phát bị xì rò rỉ Tính chất lí-hố: a) Lí tính: - chất lỏng khơng màu, khơng mùi, khơng độc Tuy nhiên hít vào với số lượng lớn làm say bị ngạt thiếu oxy - tỉ lệ giãn nở lớn: đơn vị thể tích gas lỏng bay tạo khoảng 250 đơn vị thể tích Nên theo qui định an tồn, bể hay bình chứa LPG nhập 80-85% thể tích, phần lại để đảm bảo cho giãn nở không gây áp suất lơn - nhẹ nước 0.5-0.58 lần nặng khơng khí 1.5-2 lần nên ngồi LPG lan truyền mặt đất tập trung phần thấp rãnh, gầm bếp…dễ gây cháy nổ, nhiên tản có gió - tồn trạng thái bão hoà, gas lỏng dưới, gas nên với thành phần không đổi (% propan, butan) Áp suất bão hồ bể hay bình chứa khơng phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngồi - nhiệt độ hoá lỏng -30oC, tự bốc cháy từ 480-500oC Nhiệt độ LPG cháy cao từ 1900-1950oC, có khả đốt cháy nung nóng hầu hết chất - gây bỏng nặng tiếp xúc trực tiếp với da, với dòng LPG rò rỉ khơng có trang bị đồ bảo hộ lao động b) Hố tính: - có số octan cao từ 95-105: điều có lợi cho việc chống kích nổ, tăng hiệu suất cho động dùng với tỉ số nén 10-12 - lượng lưu huỳnh ít, chiếm khoảng 0.02% - độ nhớt thấp nên có tính linh động cao lại dễ bị rò rỉ II Thị trường LPG Trong nước: - có trữ lượng lớn, gần 3000 tỉ m3: tập trung thềm lục địa Khí tự nhiên tập trung chủ yếu bể chính: sơng Hồng, Cửu Long, Nam Cơn Sơn, Tây Nam, đạt sản lượng khoảng 12 tỉ m3/năm Mặc dù VN chủ yếu khai thác xuất dầu thô để thu ngoại tệ dùng ngoại tệ để mua lại sản phẩm dầu mỏ qua chế biến với giá cao dầu khí VN chưa lên đẳng cấp so với nước giới - nguồn cung cấp: nhập từ 55-75%, sản xuất 30-45% Hiện nay, nhà máy xử lí khí Dinh Cố (Vũng Tàu), nhà máy lọc dầu Dung Quất (Quảng Ngãi) sản xuất đáp ứng nhu cầu thị trường LPG cho VN cao Tuy nhiên, VN nhập LPG từ nước lân cận Trung Quốc, Malay, Singapo Nhưng nguồn cung từ nước trở nên khan không ổn định nên tương lai dự kiến nhập từ nước Trung Đông - nhu cầu sử dụng: 1.1 triệu (năm 2010), khoảng 1.3 triệu (năm 2015) Trong đó, miền nam chiếm tỉ lệ sử dụng cao nước với 66%, miền trung 4% miền bắc 30% (năm 2015) - LPG xuất nước ta từ năm 1993 đến chủ yếu sử dụng dân dụng, phục vụ sản xuất làm nhiên liệu cho đcđt chưa phổ biến Thế giới: - nguồn khai thác: 35% từ khí tự nhiên, 24% từ khí đồng hành, 41% từ q trình lọc hố dầu Năm 2009, lượng khai thác dầu thô giảm 3.7% (so với năm 2008) làm cho cho nguồn cung cấp LPG giảm theo, với kinh tế bị khủng hoảng làm số nhà máy lớn giới tạm ngưng nên lượng LPG từ nguồn cung từ lọc hoá dầu giảm 1.8% Tuy nhiên, nguồn cung từ khí thiên nhiên tăng nên vớt vác phần nguồn cung LPG - sản xuất: giảm mạnh vào năm 2009 (chỉ tăng trưởng 0.1% so với năm 2008), so với nhiều năm trước mức tăng trưởng từ 0.6-6.5% / năm Hiện nay, với tiến công nghệ nguồn nhiên liệu làm nguồn cung LPG đa dạng - tiêu thụ: đạt 200 triệu (năm 2009) Trong giai đoạn 2010-16, cung cầu có chênh lệch khơng q cao (trung bình khoảng 60000 tấn/năm) Trong đó, năm 2010-13, lượng sản xuất thấp so với nhu cầu sử dụng sụt giảm thị trường dầu mỏ Nhưng đến năm 2014-15, lượng sản xuất tăng sản lượng khu vực Bắc Mĩ, Trung Đông tăng lên đáng kể Năm 2016, sản lượng giảm (cung tăng 1.7% cầu tăng 3.6%) số nước, khu vực cắt giảm sản lượng dầu mỏ Trung Quốc, Ấn Độ quốc gia tiêu thụ LPG lớn với 15.8%, 13.4%.Dự đoán năm 2020, lượng cầu tăng 2.7% vượt cung khoảng 1.9 triệu tấn/năm điều làm giá LPG giới tăng nhẹ III Ứng dụng - dân dụng thương nghiệp: nấu ăn, sưởi ấm, đèn… - nông nghiệp công nghiệp: sấy thực phẩm, nung gốm sứ, thuỷ tinh, gạch men, ấp trứng, trùng dụng cụ y tế…và nguồn tiêu thụ LPG quan trọng VN - phát điện: chạy máy phát điện, turbin - hoá dầu: sản xuất propylene, butandien cho ngành nhựa MTBE (Metyl tert butyl ete – hợp chất chứa oxi) chất tăng số octan - ô tô: cung cấp nhiên liệu thay cho xăng diesel Hiện VN việc sử dụng giao thông hạn chế Hiện nay, nước có 1500 xe taxi chạy nhiên liệu LPG chủ yếu tp.hcm, hà nội, đà nẵng IV Qui trình sản xuất LPG - LPG dòng khí tự nhiên từ giếng dầu hay giếng gas Nguyên liệu ban đầu dòng khí thiên nhiên khai thác từ mỏ dầu qua xử lí dầu thơ - chế biến từ dầu mỏ, khí thiên nhiên gồm khí đồng hành, khí tự nhiên - gồm bước: làm sạch, tách khí, pha trộn a) làm sạch: - loại bỏ tạp chất phương pháp lọc, lắng - khí ngun liệu lại etan, propan, butan… b) tách khí: - hỗn hợp khí nguyên liệu tách riêng từ khí để pha trộn, sử dụng theo mục đích sử dụng - qua thu propan, butan tương đối tinh khiết với nồng độ 96-98% - có phương pháp tách khí: nén, làm lạnh theo bậc, giãn nở khí, hấp thụ • nén: Nguyên tắc phương pháp nguyên liệu đưa vào tháp chưng tách khí hydrocacbon chủ yếu từ C2 tới C4 Các khí đưa vào máy nén tới áp suất p = 1,2 – 1,5 MPa, hóa lỏng, đưa sang tháp tách etan tháp tách propan Sản phẩm trình etan, propan, butan • làm lạnh theo bậc: Nguyên tắc chung phương pháp nguyên liệu làm lạnh theo hai bậc (bậc thứ tác nhân lạnh propan, bậc thứ hai tác nhân lạnh etan) Bằng q trình làm lạnh này, khí hóa lỏng vào tháp tách metan, tháp tách etan, tháp tách propan tháp tách butan Sản phẩm thu sau tháp tách metan, etan, propan, butan xăng nhẹ dòng khí • giãn nở khí: Ngun tắc chung phương pháp sử dụng chu trình làm lạnh phương pháp giãn nở, khí nguyên liệu làm lạnh hóa lỏng Sau vào tháp tách metan, metan tách đưa làm khí đốt Sản phẩm trình LPG xăng tự nhiên khí • hấp thụ: Nguyên liệu đưa vào tháp chưng cất phân đoạn để thu khí phục vụ q trình chế biến Khí đưa qua máy nén vào tháp tách etan; sản phẩm đáy tháp LPG Phân đoạn naphta trình chưng cất sử dụng làm tác nhân hấp thụ Đi khỏi tháp hấp thụ etan, naphta tuần hoàn liên tục q trình c) pha trộn: - khí thu pha trộn theo tỉ lệ khác tuỳ vào mục đích sử dụng Tỉ lệ % propan/butan: 30/70, 40/60, 50/50…Đối với tỉ lệ 30/70, 40-60 thường sử dụng sinh hoạt, tỉ lệ 50/50 thường sử dụng làm nguyên liệu ngành công nghiệp nấu thuỷ tinh, sản xuất ác qui…Ở Hàn Quốc thường sử dụng nhiên liệu LPG có lượng butan cao hơn, ngược lại Mĩ lượng propan cao V Ưu – nhược điểm Ưu điểm: - thân thiện với môi trường: lượng lưu huỳnh nên lượng khí độc tạp chất sau q trình cháy - cháy sạch: có nhiệt độ cháy cao (hơn 1900oC), để lại cáu than - vận chuyển dễ dàng: hoá lỏng cách dễ dàng đựng bình chứa áp suất - an tồn sử dụng: trữ bình chứa chắn - thay nhiên liệu: thay nhiên liệu gỗ, than đá chất hữu khác Phần giúp cho hạn chế việc chặt phá rừng làm nguyên liệu hay hạn chế chất thải rắn vào môi trường - giá thành rẻ - ngồi có ưu điểm như: • dễ điều chình tỉ lệ hỗn hợp nhiên liệu với khơng khí để q trình cháy tốt thành phần hố học tương đối • thay chất làm lạnh CFC, giúp hạn chế nguyên nhân phá huỷ tầng ozon Nhược điểm: - chi phí xây bồn chứa cao: sản xuất LPG khơng khó phải tốn thêm chi phí sản xuất bình chứa chịu áp suất chi phí xây dựng bồn chứa cao Để chứa 1000 cần khoảng 60 tỉ đồng bồn chịu lực lớn nên chứa tối đa 7000 tấn, lượng chứa không lớn nên nhập lượng LPG lớn - giá biến động: thường xuyên nhập khẩu, nên giá thường biến động nhiều so với giới - dễ gây cháy nổ bị rò rỉ: ra, dòng khí LPG tích tụ hang hốc, kho bếp, bếp nên dễ gây cháy - tổn thất lưu trữ cao dễ bị rò rỉ - nhiên liệu khơng thể tái tạo - ngồi có nhược điểm: • LPG ngun chất khơng màu khơng mùi nên khó nhận biết Vì phải pha trộn thêm chất tạo mùi mercaptan VI Động sử dụng LPG Thay đổi từ động truyền thống: a) động xăng: - thay chế hoà kh: sử dụng chế hòa khí mixer Sáng chế đề xuất chế hòa khí tạo từ chế hòa khí dùng nhiên liệu xăng với cải tiến bao gồm làm tăng kích thước ống tia van kim; lắp nút đậy lỗ tia vào kim xăng; nối ống thông chén xăng với đường dẫn khí LPG, nhờ biến chế hòa khí dùng nhiên liệu xăng thành chế hòa khí có khả hoạt động với nhiên liệu xăng LPG Sáng chế đề xuất hệ thống nhiên liệu xăng/LPG sử dụng chế hòa khí cải tiến với đường dẫn khí LPG chia làm hai nhánh, nhánh thứ lắp vào ống thông chén xăng chế hòa khí nhánh thứ hai nối vào đoạn nối chế hòa khí động - tăng tỉ số nén: Tỷ số nén thông số động lực học quan trọng, ảnh hưởng nhiều đến tiêu kinh tế công suất động nhiên liệu LPG có số Octan cao xăng, chuyển động xăng sang dùng LPG nên tăng tỉ số nén động - giữ nguyên hệ thống đánh lửa: b) động diesel: - giảm tỉ số nén - đánh lửa bugi - thay bơm cao áp, vòi phun trộn khí Đặc điểm: a) momen, cơng suất: - thấp 10% so với động xăng cỡ - ngun nhân: • nhiệt trị thể tích hỗn hợp khơng khí/xăng lớn khơng khí/LPG 3-5% • Đặc tính hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG Khi phun LPG dạng khí vào đường nạp, hệ số nạp giảm gây xáo trộn động lực học đường nạp làm giảm momen, công suất Nhưng dùng LPG dạng lỏng hệ số nạp cải thiện khắc phục phần giảm momen công suất b) suất tiêu hao nhiên liệu: - tính theo thể tích hay khối lượng nhiên liệu suất tiêu hao nhiên liệu LPG so với xăng gần Nhưng thực tế, so 100km đường trường lượng nhiên liệu LPG tiêu hao xăng vài phần trăm Mặc khác, LPG có lượng propan cao butan số octan tăng (chỉ số octan propan cao butan) tăng tỉ số nén động làm lượng tiêu hao nhiên liệu giảm c) mức độ ô nhiễm: - mức độ phát sinh ô nhiễm thấp Nồng độ NOX giảm, lượng HC thấp LPG bay dễ dàng, lượng nhiên liệu bám thành xilanh d) tuổi thọ: - có tuổi thọ cao: đặc tính chống kích nổ cao, khơng có chì, sản phẩm cháy khơng có mụi than, khơng có tượng đóng màng nên động làm việc với nhiên liệu LPG gây nổ Ngồi ra, khơng có hạt chì hay mụi than bám thành xialnh, cửa xupap nên khơng gây mòn chi tiết Tính động dùng LPG với xăng: - LPG có nhiệt trị cao xăng, có số octan cao lượng khơng khí cần để đốt đơn vị thể tích LPG cao LPG dễ nổ tốc độ cháy lại chậm xăng Do đó, động LPG làm việc tốc độ cao bị công suất từ 5-8% so với động xăng cỡ Điều điều chỉnh lại góc đánh lửa a) ưu điểm: - trình cháy diễn thuận tiện hồ trộn với khơng khí tốt - dễ cháy, cho hiệu suất cao bay nhanh, dễ khuếch tán - cháy hơn: LPG khơng có lớp nhiên liệu bám lên chi tiết, sản phẩm cháy khơng có mụi than Kéo dài tuổi thọ chi tiết - giá rẻ xăng b) nhược điểm: - chiếm diện tích để bình: ngồi ra, bình chứa phải đủ bền để chịu áp lực LPG - động chưa phát huy hết tính LPG - chuyển đổi làm thay đổi bố trí chung, tính động lực học, ổn định - ngồi ra, để tìm kiếm trạm nạp LPG khó khắn xăng Các phận phụ: a) thùng chứa: - dự trữ LPG trạng thái lỏng với mức phép áp suất cho b) giảm áp (bộ bay hơi): - chuyển đổi LPG trạng thái lỏng sang trạng thái trước vào trộn c) trộn: - tạo tỉ lệ nhiên liệu LPG (đã hoá hơi) khơng khí hợp lí để đưa vào buồng đốt động Thơng số trộn đường kính họng khuếch tán, thông số ảnh hưởng đến lưu lượng khí nạp cơng suất động d) phận khác: van solenoid, van cắt xăng, van đa VII Động Dual-fuel động xăng-LPG: a) dùng xăng: - Khi bật công tắc sử dụng xăng hộp điều khiển, van đa cổng, van điện từ ngắt điện đóng đường dẫn LPG Đồng thời van điện từ cấp điện mở đường dẫn xăng tới chế hòa khí Khi xe chuyển sang chế độ dùng xăng b) dùng LPG: - Khi chuyển công tắc sang sử dung LPG, van điện từ đóng đường dẫn xăng tới chế hòa khí Các van đa cổng, van điện từ mở LPG lỏng từ bình chứa cao áp, đặt khoang sau xe, qua van an toàn đến bốc Tại ,LPG hoá giảm áp xuống xấp xỉ áp suất khí trời (0.45 bar đến 0.65 bar) nhờ điều áp hoá Bộ điều áp có nhiệm vụ tiết lưu lượng LPG hố vào trộn để phù hợp với chế độ tải động Sau giảm áp, LPG dạng tới trộn (lắp phía trước van tiết lưu thơng khơng khí) vào buồng đốt Trong trình giảm áp, nhiệt độ giảm áp hoá giảm nhiều Để bù nhiệt, nước từ hệ thống làm mát dẫn qua thiết bị Động diesel-LPG: Động phun gas trực tiếp dựa việc phun trễ lượng nhiên liệu khí áp suất cao vào buồng cháy Giống động diesel, gas phun vào cuối kì nén Nhưng gas có nhiệt độ tự bốc cháy cao diesel (1000oC với 500oC) khơng dễ bốc cháy buồng đốt động diesel thường Để đốt cháy gas, dùng bugi xông gốm buồng đốt Đầu bugi gốm có nhiệt độ 12001300oC cách nhiệt để đốt cháy nhiên liệu tốt Hệ thống nung nóng phải kiểm sốt để trì nhiệt độ đầu bugi ổn định, đốt cháy tối ưu Kim phun phun lượng gas phù hợp trực tiếp vào buồng đốt VIII Thử nghiệm IX Kết luận ... b) suất tiêu hao nhiên liệu: - tính theo thể tích hay khối lượng nhiên liệu suất tiêu hao nhiên liệu LPG so với xăng gần Nhưng thực tế, so 100km đường trường lượng nhiên liệu LPG tiêu hao xăng... thành chế hòa khí có khả hoạt động với nhiên liệu xăng LPG Sáng chế đề xuất hệ thống nhiên liệu xăng /LPG sử dụng chế hòa khí cải tiến với đường dẫn khí LPG chia làm hai nhánh, nhánh thứ lắp vào... cấp nhiên liệu thay cho xăng diesel Hiện VN việc sử dụng giao thơng hạn chế Hiện nay, nước có 1500 xe taxi chạy nhiên liệu LPG chủ yếu tp.hcm, hà nội, đà nẵng IV Qui trình sản xuất LPG - LPG