Các nguồn năng lượng hóa thạch 3

CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG HĨA THẠCH NHIÊN LIỆU KHÍ (GAS FUEL) NỘI DUNG • Khái niệm chung nhiên liệu khí • Đặc tính cháy loại hình nhiên liệu khí • Các nguồn nhiên liệu khí việc khai thác, vận chuyển • Cơng nghệ cháy nhiên liệu khí NHIÊN LIỆU KHÍ  Nhiên liệu khí hỗn hợp khí cháy khơng cháy, phân loại theo cách khác nhau: theo tính chất định (chẳng hạn theo nhiệt trị), theo nguồn gốc, theo mục đích sử đụng • Theo nhiệt trị, nhiên liệu khí phân thành bốn nhóm: • Khí nhiệt trị thấp (Ho < MJ/m3) • Khí nhiệt trị trung bình (H„ = 915 MJ/m3) • Khí nhiệt trị cao (H0 = 15  23 MJ/m3) • Khí ngun chất (H0 > 23 MJ/m3) • Trong ngơn ngữ thương mại giới, người ta thường sử dụng loại ký hiệu sau đây: • SNG - Substitute (hay Synthetic) Natural Gas - tức khí tổng hợp có tính chất khí thiên nhiên • LNG - Liquified Natural Gas - khí thiên nhiên dạng lỏng • LPG - Liquified Petrolium Gas - khí lỏng propan hay butan • CNG – Compressed Natural gas – khí thiên nhiên nén áp suất cao để giảm thể tích NHIÊN LIỆU KHÍ • Theo nguồn gốc, khí đốt phân thành: a Khí lị cao, Hu  3,5 MJ/m3 hình thành trình sản xuất gang lị cao Trung bình sản xuất gang, người ta thu khoảng 2500 m3 khí nhiệt độ 250°C b Khí lị sinh khí, Hu  5,0 MJ/m3 thu khí hóa than đá than nâu lị khí hóa ghi quay Mỗi than đá khí hóa cho 3300 + 4300 m3 khí loại Vì khí hóa, người ta cấp lượng khơng khí nhỏ qua ghi quay nên chủ yếu xuất CO; hàm lượng C02 loại khí thấp c Khí nước, Hu  11 MJ/m3 Nếu q trình khí hóa phun nước khơng khí theo chu kỳ vào lớp cốc bị nung đỏ xuất không co mà H2, loại khí có tên khí nước d Khí lị cốc, Hu  17 MJ/m3 sản phẩm phụ trình sản xuất cốc; từ than cốc hóa thường thu 300 đến 350 m3 khí e Khí ngưỡng, Hu  29 MJ/m3 (từ than đá), Hu  13,5 MJ/m3 (từ than nâu), hình thành khí hóa phần (khí hóa có ngưỡng, có mức độ) than đá than nâu 400°C Từ than sinh 130 m3 khí f Khí sáng hay cịn gọi khí thị, Hu  19,5 MJ/m3, hỗn hợp khí lị cốc khí ngưỡng g Khí thiên nhiên, Hu  35  45 MJ/m3, hỗn hợp khí hydrocacbon điều kiện áp suất nhiệt độ bình thường; thành phần chủ yếu methan, có loại khí thiên nhiên có hàm lượng ethan tương đối cao NHIÊN LIỆU KHÍ Thành phần [% thể tích] số loại nhiên liệu khí Loại khí CO H2 CH C2 H6 CmHn CO N2 O2 Nhiệt trị (MJ/m3) Khí lị cao 22,2 0,2 - - 28,6 49,2 - - 3,5 Khí lị sinh khí 29,1 1,0 0,12 - - 10,2 59,6 - 4,8 Khí nước 70,4 6,4 0,6 - 1,2 13,9 7,6 - 11,0 Khí lị cốc 13,8 10,4 35,7 - 6,4 8,8 23,7 1,1 17,0 Khí ngưỡng 6,2 u 45,6 - 3,8 21,9 5,6 - 29,0 Khí sáng 14,8 8,5 26,5 - 19,9 6,3 21,8 1,7 19,5 - - 92,3 6,0 - 0,53 1,17 - 36,5 Khí thiên nhiên NHIÊN LIỆU KHÍ Tính chất số khí tinh khiết Công thức H2 CO CH4 C2H4 C2H6 C3H6 C3H8 i-C4H8 n-C4H10 i- C4H10 i- C5H10 n- C5H10 CO2 N2 O2 H2O Khối lượng Nhiệt độ Nhiệt trị cao Nhiệt trị thấp Nhiệt trị thấp Phân riêng đktc Hu [kJ/kg] Hu [kJ/m3] tử lượng sôi [°C] Ho [kJ/m ] [kJ/m3] 2,02 0,090 252,77 12 745 10 785 119 952 28,01 1,25 191,55 12 635 12 635 10 110 16,04 0,717 161,50 39 815 35 880 50 010 28,05 1,261 103,78 63 395 59 440 47 165 30,07 1,355 88,60 70 305 64 355 47 480 42,08 1,914 47,70 93 610 87 605 45 780 44,10 2,010 42,10 101 205 93 180 46 350 56,11 2,597 6,25 125 765 117 615 45 300 58,12 2,703 0,50 133 795 123 565 45 720 58,12 2,691 11,70 132 960 122 775 45 615 70,14 3,320 20,06 159 805 149 390 44 990 72,15 3,455 9,50 169 350 156 705 45 340 44,01 1,977 78,45 28,01 1,250 195,82 32,00 1,429 182,97 18,02 0,804 100,00 - TÍNH CHÁY NHIÊN LIỆU KHÍ • Các phương trình phản ứng cháy gồm: • 2H2 + O2 = 2H2O • 2CO + O2 = 2CO2 • CmHn + (m + n/4)O2 = m CO2 + (n/2) H2O • Dựa vào phương trình phản ứng tính thể tích ơxy, sản phẩm cháy lý thuyết thực tế đốt cháy hồn tồn m3 khí Tiêu hao ơxy lí thuyết • Ornin = 0,5 [CO] + 0,5 [H2] + (m + n/4) [CmHn] - [O2], [m3/m3] • Tiêu hao khơng khí lí thuyết • lrnin = (100/21) Omin = 4,762 Omin, [m3/m3] TÍNH CHÁY NHIÊN LIỆU KHÍ Thành phần sản phẩm cháy λ > vi [m3/m3 nl] Thành phần CO2 H2O SO2 N2 O2 Nguồn gốc từ [CO] Cháy CO [CO2] Nhiên liệu ∑m[CmHn] Cháy hydrocacbon [H2O] Cháy hydro ∑(n/2) [CmHn] Cháy hydrocacbon 1,61l.d.λ.lmin Khơng khí [SO2] Nhiên liệu [N2] Nhiên liệu 0,19.λ.lmin Khơng khí 0,21.(λ-l ).lmin Khơng khí thừa TÍNH CHÁY NHIÊN LIỆU KHÍ • Ví dụ 2-1: • Khí thiên nhiên có thành phần thể tĩch: • [CH4] = 0,840; [C2H4] = 0,015; [C2H6] = 0,005; [CO2] = 0,020; [N2] = 0,12 • cháy với λ = 1,1 Tính đại lượng bỏ qua ảnh hưởng độ ẩm khơng khí • Lời giải: • Oxy lý thuyết Omin = 0,84 + 0,015 + 3,5.0,005 = 1,743 (m3/m3) • Khơng khí lý thuyết lmin = 4,76 Omin = 4,76 1,743 = 8,297 (m3/m3) • Khói khơ lý thuyết vmin = 0,9 + 0,79.8,297 = 7,455 (m3/m3) • Khói ẩm lý thuyết vmin,a = 7,455 + 1,725 = 9,18 (m3/m3) • Khơng khí thực tế l = 1,1 8,297 = 9,127 (m3/m3) • Khói ẩm va = 8,404 + 1,725 = 10,129 (m3/m3) Advances in LNG Plants Onshore Conventional Design Near-shore GBS Design Offshore Steel or Concrete Floater CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG KHÍ CHO CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG • Giống dầu, cơng nghệ sử dụng khí cho mục tiêu sau: • Chạy động phương tiện giao thơng vận tải • Chạy máy phát điện • Sử dụng nhà máy điện truyền thống nhà máy điện chu trình kết hợp chu trình đơn • Sử dụng cho nấu ăn gia đình bếp ăn cơng nghiệp • Sử dụng cho lị cơng nghiệp Ơ NHIỄM MƠI TRƯỜNG KHI SỬ DỤNG KHÍ • Nhìn chung sử dụng khí có phát thải khí nhà kính thấp dầu than chất nhiên liệu khí có thành phần Hydro cao so với carbon nên hàm lượng CO2 thải • Khí dễ cháy điều khiển q trình cháy nên có hệ số khơng khí thừa thấp, tổn thất nhiệt q trình cháy thấp Phát thải thấp • Tuy nhiên q trình khai thác, vận chuyển khí kèm nguy cháy nổ • Q trình sản xuất chế biến khí thành LNG tiêu tốn nhiều lượng ... [kJ/m3] 2,02 0,090 252,77 12 745 10 785 119 952 28,01 1,25 191,55 12 635 12 635 10 110 16,04 0,717 161,50 39 815 35 880 50 010 28,05 1,261 1 03, 78 63 395 59 440 47 165 30 ,07 1 ,35 5 88,60 70 30 5 64 35 5... MJ/m3 thu khí hóa than đá than nâu lị khí hóa ghi quay Mỗi than đá khí hóa cho 33 00 + 430 0 m3 khí loại Vì khí hóa, người ta cấp lượng khơng khí nhỏ qua ghi quay nên chủ yếu xuất CO; hàm lượng. .. 93 610 87 605 45 780 44,10 2,010 42,10 101 205 93 180 46 35 0 56,11 2,597 6,25 125 765 117 615 45 30 0 58,12 2,7 03 0,50 133 795 1 23 565 45 720 58,12 2,691 11,70 132 960 122 775 45 615 70,14 3, 320