Báo cáo tìm hiểu về nhiên liệu lpg và các ứng dụng

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ TÌM HIỂU VỀ NHIÊN LIỆU LPG VÀ CÁC ỨNG DỤNG THỰC HIỆN NHÓM 2: THÀNH VIÊN NHÓM : NGUYỄN NGỌC QUYỀN Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ LPG VŨ ÁI LÂN Chương 2: KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG LPG LÊN XE HOÀNG VĂN HUÂN Chương 2: KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG LPG LÊN XE TRƯƠNG ĐÌNH MINH TIẾN Chương 3:VẤN ĐỀ VỀ ÔI NHIỄM MÔI TRƯỜNG , ÚNG DỤNG NHIÊN LIỆU LPG LÊN Ô TÔ, CÁC CỤM CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP LPG NGUYỄN VĂN VUI Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU LPG CHO DỘNG CƠ DUAL FUEL NHÓM Mục lục Giới thiệu nhiên liệu LPG Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ LPG 1.1 LPG LP Gas gì? 1.2 Thành phần hóa học LPG 1.2.1 Propane 1.2.2 Butane 1.2.3 Các ưu điểm propane Butane 1.2.4 Mecaptan .4 1.3 Lý tính LPG 1.4 Các ứng dụng LPG 1.5 Các ưu điểm nhiên liệu LPG 1.6 An toàn sử dụng tồn trữ LPG 1.7 So sánh tính LPGvới nhiên liệu khác Chương 2: KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG LPG TRÊN XE 10 2.1 Các nhiên liệu khí sử dụng xe 11 2.1.1 Khí thiên nhiên 11 2.1.2 Khí đồng hành từ dầu mỏ 11 2.1.3 Ưu điểm việc sử dụng khí LPG so với khí khác 14 2.1.4 Kết luận 15 2.1.5.Các phương pháp sử dụng nhiên liệu khí để chạy động đốt 15 2.1.5.1.Phương pháp thứ 15 2.1.5.2 Phương pháp thứ hai 15 2.2 Các phương án chuyển đổi động chạy nhiên liệu truyền thống sang sử dụng nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng LPG 16 NHÓM 2 2.2.1.Động xăng 16 2.2.2.Động Diezel 16 2.3.Quá trình cháy LPG động đánh lửa cưỡng 17 2.4 Các cụm chi tiết hệ thống LPG ôtô .17 2.4.1.Bộ trộn khí .17 2.4.2 Bộ giảm áp hóa 18 2.4.3.Bình chứa LPG 18 2.4.4.Các cụm chi tiết khác hệ thống LPG 18 2.4.4.1.Van solenoid / kiểu đơn đôi .18 2.4.2 Van cắt xăng 19 Chương 3: ỨNG DỤNG LPG TRÊN ĐỘNG CƠ NHIÊN LIỆU KÉP( DUAL FUEL) DIEZEL-LPG 20 3.1 Các phương pháp cải tạo động diesel thành động diesel có sử dụng khí thiên nhiên 20 3.1.1.Chuyển đổi động diesel thành động LPG, CNG đốt cháy cưỡng 20 3.1.2.Chuyển đổi động xăng thành động phun LPG trực tiếp 22 3.1.3.chuyển đổi động diesel thành động nhiên liệu kép diesel –LPG .25 3.2 Động nhiên liệu kép ( dual fuel) 26 3.2.1.Nguyên lý hoạt động động dual fuel 26 3.2.2 thành phần hệ thống 28 3.2.3 Một số kết nghiên cứu tính kinh tế nhiên liệu khí thải động nhiên liệu kép 29 3.2.3.1.thử nghiệm xe tải Kenworth 30 3.2.3.2.Thử nghiệm xe Mitsubishi 3.2 L diesel 31 NHÓM GIỚI THIỆU VỀ NHIÊN LIỆU (LPG) Trong năm gần đây, với phát triển mạnh mẽ khoa học, kỹ thuật, kinh tế yêu cầu môi trường, ứng dụng LPG trở nên rộng rã i trở thành loại nhiên liệu có nhiều ưu điểm LPG từ viết tắt khí dầu mỏ hố lỏng LPG (Liquefied Petroleum Gas) hỗn hợp hydrocarcbone với thành phần Butan, Propan chiếm 99% LPG hoá lỏng áp suất cao để thuận lợi cho tồn chứa vận chuyển Với nhiều đặc tính quý báu, LPG sử dụng ứng dụng rộng rãi nhiều ngành nhiều lĩnh vực Đã mang lại hiệu thuyết phục ứng dụng LPG cú thể chia theo mục đích sử dụng thành ba nhóm chính: - Sử dụng LPG nguồn nguyên liệu cho ngành công nghiệp - Sử dụng LPG nguồn nhiên liệu cho trình đốt sinh nhiệt - Sử dụng LPG nguồn nhiờn liệu cho cỏc phương tiện vận tải, thiết bị chuyển nhiệt thành  Sử dụng LPG nguồn nguyên liệu cho ngành cơng nghiệp: Với đặc tính khơng màu, khơng mùi, không độc hại nên LPG nguồn nhiên liệu tốt cho q trình chế biến hố học, làm chất mang, : - Trong cơng nghiệp hố chất, LPG đợc sử dụng để chế biến tạo hợp chất hoá học hợp chất cao phân tử, nhựa, - Trong nông nghiệp, LPG đợc sử dụng để chế biến phân bón phân đạm, ure, Ngồi LPG sử dụng để tổng hợp thuốc trừ sâu - Trong công nghiệp mỹ phẩm, LPG sử dụng để tổng hợp hợp chất thơm, khí mang nước hoa, kem bôi da - Trong công nghiệp thực phẩm LPG đợc sử dụng rộng rãi LPG sử dụng tổng hợp hương liệu hương chanh, cam, táo  LPG sử dụng cho trình đốt sinh nhiệt: Sử dụng LPG cho trình đốt sinh nhiệt ứng dụng phổ biến Do địi hỏi u cầu đảm bảo mơi trờng sống, tiện lợi, giá thành hiệu mà LPG sử dụng lĩnh vực trở nên phổ biến LPG phát sử dụng từ năm đầu kỷ 19, đến năm 50 kỷ 20 ứng dụng rộng rãi Ngày nay, LPG sử dụng thay cho loại nhiên liệu truyền thống : than, củi, điện, Việc sử dụng LPG cho thấy nhiều lợi ích quan trọng: - Khơng gây nhiễm môi trường - Giá thành thấp so với dùng điện - Chất lượng sản phẩm đồng đều, ổn định, đảm bảo yêu cầu - Tiện lợi tiết kiệm Chương : KHÁI QUÁT VỀ LPG 1.1 LPG LP Gas gì? LPG LP Gas chữ viết tắt “Liqueded Petroleum Gas” có nghĩa “Khí dầu mỏ hóa lỏng” Đây cách diễn tả chung propan có cơng thức hóa học C3H8 butan có cơng thức hóa học C4H10, hai tồn trữ riêng biệt chung với hỗn hợp LPG có từ hai nguồn: từ quặng dầu mỏ khí tách từ thành phần khác trình chiết xuất từ dầu khí thiên nhiên LPG cịn sản phẩm phụ q trình tinh luyện dầu NHĨM LPG hóa lỏng nhiệt độ bình thường cách gia tăng áp suất vừa phải, áp suất bình thường cách sử dụng kỹ thuật làm lạnh để làm giảm nhiệt độ 1.2 Thành phần hóa học LPG LPG tên chung dùng cho propan butan thương mại 1.2.1 Propane Propane alkane thể khí thu q trình tinh luyện dầu Propane khơng màu Cơng thức hóa học propane CH 3CH2CH3 Propane hóa lỏng nén làm lạnh Propane có cơng thức cấu tạo sau : PROPANE Cơng thức hóa học C H8 Khối lượng phân tử 44.09 o Khối lượng riêng 15 C 0.51 kg/lít Nhiệt độ sơi áp suất khí - 43oC Nhiệt trị thấp 46.1 MJ/kg Nhiệt độ tự bốc cháy (ở áp suất khí quyển) 460580 oC Giới hạn cháy theo % thể tích 2.37%  9.5% Vận tốc lửa ngồi khơng khí 4685 cm/s 1.2.2 Butane Butane hydrocarbon có khí thiên nhiên thu từ q trình tinh luyện dầu mỏ Butane alkane thể khí, gồm có hydro cacbon chứa nguyên tử cacbon, chủ yếu n- butane iso-butane Cơng thức hóa học butane C4H10 có cơng thức cấu tạo sau: BUTANE NHĨM Cơng thức hóa học C4H10 Khối lượng phân tử 58.12 Khối lượng riêng 0.58 kg/lít Nhiệt độ sơi áp suất khí -0.5oC Nhiệt trị thấp 45.46 MJ/kg Nhiệt độ tự bốc cháy (ở áp suất khí quyển) 410550oC Giới hạn cháy theo % thể tích 1.86%  8.41% Vận tốc lửa ngồi khơng khí 4087 cm/s 1.2.3 Các ưu điểm Propane Butane Ưu điểm Butane hóa lỏng cách dễ dàng Điều có nghĩa Butane sử dụng hai dạng lỏng dạng rắn Ưu điểm Propane giống Butane, hóa lỏng cách dễ dàng Do đó, Propane sử dụng hai dạng lỏng dạng rắn Ngoài Propane khí khơng màu nên khơng thể dễ dàng nhìn thấy Về mặt lý thuyết, LPG chứa 50% Propane 50% Butane Propane Butane dùng hỗn hợp hai Butane Propane alkane Điều có nghĩa chúng khơng xảy phản ứng hóa học với Do đó, Propane Butane dùng kết hợp nhiên liệu an toàn Ngoài ra, Propane Butane sản phẩm phụ thu từ tinh luyện dầu mỏ Mặt khc, hai Propane Butane hóa lỏng cách dễ dàng chúng lý tưởng việc sử dụng kết hợp nhiên liệu 1.2.4 Mecaptan Mercaptan chất pha trộn vào LPG với tỉ lệ định làm cho LPG có mùi đặc trưng, để dễ phát bị xì rị rỉ Thường LPG khơng màu, khơng mùi 1.3 Lý tính LPG LPG chất lỏng không màu (trong suốt), không mùi (nhưng tạo mùi nhằm để dễ phát rò rỉ) Có tỷ trọng nhẹ nước: từ 0.53  0.58 kg/lít Ap suất tuyệt đối LPG bồn chứa : + 1.7 bars -15oC + 4.4 bars 15oC + 12.5 bars 50oC LPG bảo quản bình chứa chất lỏng có áp suất khơng cao (dưới 20 bars) Bên bình chứa, LPG có hai trạng thái: lỏng; chất lỏng nằm phần đáy bình nằm phía Sự giãn nở LPG vào khoảng 0,25%, ta phải ln ln chứa khí LPG khoảng 80% thể tích bồn chứa Phần cịn lại bồn chứa dành cho phần giãn nở nhiệt độ môi trường Tỷ số bén lửa từ 2,4%  9.6% khơng khí Nhiệt độ tự bốc cháy 855oF (457oC) Nhiệt trị thấp: QH = 46 MJ/kg (tương đương 11.000 kcal) Tỉ số khơng khí nhiên liệu A/F: 15,5 Chỉ số Octan: 95  105 LPG không độc hại, nhiên khơng nên hít vào thể với số lượng lớn làm say hay nghẹt thở khơng nên bước vào mơi trường có đầy gas nguy hiểm tính dễ bốc cháy LPG NHĨM Một lít LPG trạng thái lỏng hóa xấp xỉ 250 lít trạng thái Một số tính chất LPG trình bày bảng sau : Đặc tính Khối lượng phân tử Khối lượng riêng 15oC,Kg/lít Nhiệt độ tự bốc cháy Nhiệt độ đông đặc Nhiệt trị thấp MJ/lít Nhiệt trị thấp Kcal/kg Nhiệt trị thấp MJ/kg Giới hạn cháy theo % thể tích Số lít (lít/tấn) Số ốctan động (MON) Số ốctan thí nghiệm (RON) Vận tốc lửa ngồi khơng khí Propane 40.09 0.510 460580oC -187.8oC 25.5 11070 46.1 2.37%9.5% 1960 101 111 4685cm/s Butane 58.12 0.580 410550oC -138oC 28.7 10920 45.46 1.86%8.41% 1720 93 103 4087cm/s Một số tính chất LPG so sánh với xăng dầu trình bày bảng sau: Đặc tính Propanes Butane Petrol Diesel Tỉ trọng 15oC (kg/lit) 0.508 0.584 0.730.78 0.810.85 Áp suất bay 37,8oC (bar) 12.1 2.6 0.50.9 0.003 Nhiệt độ sôi -43oC -0.5oC 30225oC RON MON 111 101 103 93 9698 8587 150560o C - Nhiệt trị thấp (MJ/Kg) Nhiệt trị thấp (MJ/lít) 46.1 45.46 44.03 42.4 23.42 26.55 32.24 35.2 Tỉ số A/F 15.8 15.6 14.7 1.4 Các ứng dụng LPG LPG có 1500 ứng dụng chia làm khu vực thị trường chính: Dân dụng thương nghiệp: Nấu ăn, nấu nước nóng, sưởi ấm, đèn gas… hộ dân, cửa hàng ăn uống, khách sạn … Công nghiệp nông nghiệp: Sấy thực phẩm, nung gốm sứ, ấp trứng, hàn cắt, trùng dụng cụ y tế, … Ô tô: LPG biết loại nhiên liệu thay cho diesel xăng Vì thế, có nhiều xe sử dụng LPG nguồn nhiên liệu cung cấp lượng cho động Trong thực tế việc sử dụng LPG thường mang lại cảm giác chạy xe êm hơn, tiếng ồn thấp, đặc biệt xe tải nặng Tuy nhiên xe thương mại dùng LPG nguồn nhiên liệu chưa sản xuất Phát điện: Chạy máy phát điện, Turbin NHĨM Hố dầu: Sản xuất ethetylen, propylen, butadiene cho ngành nhựa đặc biệt sản xuất MTBE chất làm tăng số Octane 1.5 Các ưu điểm nhiên liệu LPG LPG có ưu điểm sau : Các thành phần hóa học LPG tương đối ít, dễ dàng thực việc điều chỉnh tỉ lệ hỗn hợp nhiên liệu khơng khí để q trình cháy xảy hồn tồn Ưu điểm đem lại đặc tính cháy cho LPG Cả hai Propane Butane hóa lỏng cách dễ dàng đựng bình chứa áp suất Đặc tính làm cho nhiên liệu có tính động cao, vận chuyển dễ dàng bình thùng chứa đến người sử dụng LPG chất thay tốt cho xăng động xăng Đặc tính cháy LPG động thích hợp làm giảm bớt lượng khí thải, kéo dài tuổi thọ dầu bơi trơn bugi đánh lửa Các đặc tính cháy dễ vận chuyển LPG cung cấp chất thay cho nhiên liệu xứ chẳng hạn gỗ, than đá chất hữu khác Đây giải pháp tốt để hạn chế nạn phá rừng làm giảm chất thải rắn (PM) nguy hiểm vào bầu khí gây việc đốt cháy nhiên liệu xứ Thay cho chất nổ chất làm lạnh f (fluorocarbons ), giúp hạn chế nguyên nhân gây phá hủy tầng ozone trái đất 1.6 An toàn sử dụng tồn trữ LPG Quá trình cháy LPG sinh cacbon dioxide(CO2) nước, phải có đủ khơng khí Nhưng hỗn hợp thiếu khơng khí, cháy sinh khí độc cacbon monoxide(CO) Mỗi người có liên quan đến việc tồn trữ sử dụng LPG nên quan tâm đến đặc tính mối nguy hiểm tiềm ẩn sau: (a) LPG tích trữ thể lỏng áp suất định LPG gần không màu trọng lượng xấp xỉ phân nửa thể tích tương đương nước (b) Hơi LPG dày đặc khơng khí: butan nặng vào khoảng hai lần khơng khí propan nặng khoảng 1.5 lần khơng khí Vì LPG bay gần sát mặt đất vào đường cống rãnh, đầm lầy đến nơi thấp môi trường xung quanh bị đốt cháy khoảng cách xa từ nơi rò rỉ Trong khơng khí n tĩnh, LPG phân tán chậm (c) LPG tạo thành hỗn hợp dễ cháy hịa trộn với khơng khí Phạm vi có khả gây cháy áp suất nhiệt độ xung quanh trải rộng từ giới hạn thấp vào khoảng 2% LPG không khí giới hạn cao 10% LPG khơng khí Trong phạm vi có nguy hiểm mồi lửa Bên phạm vi hỗn hợp nghèo giàu để truyền lửa Tuy nhiên, hỗn hợp giàu trở nên nguy hiểm làm nghèo với khơng khí cháy bề mặt với khơng khí Ở áp suất cao áp suất khí trời, giới hạn khả gây cháy gia tăng, gia tăng với áp suất khơng phải tuyến tính (d) Ngay rị rỉ lượng nhỏ LPG tạo nên thể tích lớn hỗn hợp LPG khơng khí gây nên nguy hiểm đáng kể Một máy đo nổ thích hợp sử dụng để kiểm tra tập trung LPG khơng khí (e) Ở mức độ tập trung cao khơng khí, LPG gây mê sau gây ngạt làm loảng giảm có mặt oxy NHĨM (f) LPG thương mại thơng thường tạo mùi trước phân phối cách thêm vào chất tạo mùi, chẳng hạn ethyl mercaptan dimethyl sulphide, để tìm mùi khí mức tập trung thấp đến 1/5 giới hạn thấp có khả gây cháy (có nghĩa khoảng 0,4 % khí LPG khơng khí) (g) Ngồi cách nhận biết mùi, rị rỉ LPG nhận thấy rỏ cách khác Khi chất lỏng bốc hơi, làm mát tác động vào mơi trường khơng khí xung quanh gây nên ngưng tụ đông cứng nước không khí Tác động cho thấy có đóng băng điểm xảy rị rỉ LPG, qua ta dễ dàng phát xử lý Ngồi ra, số khúc xạ LPG khác so với khơng khí, đơi rị rỉ LPG nhìn thấy ánh sáng mờ mờ (shimmering) (h) Vì bay nhanh liên tục làm giảm nhiệt độ, phần nhỏ chất lỏng LPG gây nên vết bỏng lạnh nghiêm trọng để tiếp xúc với da Trang thiết bị bảo vệ cá nhân (ví dụ bảo vệ tay mắt) nên mang vào nguy hiểm xảy Một bình rổng, trước chứa LPG cịn LPG tồn thể có nguy hiểm tiềm ẩn Áp suất bên bình xấp xỉ áp suất khí trời Nếu van rị rỉ để trạng thái mở, khơng khí khuếch tán vào bình chứa tạo thành hỗn hợp có khả gây cháy nổ nguy hiểm Một số đặc tính Gas có liên quan tới cơng tác PCCC      Khí đốt hóa lỏng sản phẩm thu từ trình chế biến dầu mỏ, thành phần bao gồm hỗn hợp nhiều hydrocacbon parafin mà chủ yếu propan butan Tỷ lệ propan butan thành phần khí đốt hóa lỏng phụ thuộc vào hãng sản xuất (Petrolimex , Sell, Total, Thăng Long ) Đối với LPG Petrolimex tỷ lệ propan butan từ 30/70 đến 50/50 thể tích            Về trạng thái tồn tại:      LPG thể lỏng không màu, không mùi Vì lý an tồn nên LPG pha thêm chất tạo mùi để dễ phát rò rỉ Thông thường LPG thương mại pha thêm chất tạo mùi EtylMecaptan có mùi đặc trưng , khí hịa tan tốt LPG , khơng độc , khơng ăn mịn kim loại có tốc độ bay gần LPG nên nồng độ LPG không đổi bình chứa  sử dụng hết Theo các tiêu chuẩn an tồn, nồng độ pha chế tạo mùi phải thích hợp để phát hiện được hơi gas rị rỉ đạt nồng độ 1/5 lần giới hạn nồng độ bốc cháy thấp     Ở điều kiện nhiệt độ áp suất thường , LGP tồn trạng thái khí Tuy nhiên, LPG có tỷ số dãn nở thể tích lớn nên để thuận tiện kinh tế trình bảo quản , vận chuyển sử dụng, LPG thường hóa lỏng cách nén vào bình chứa chịu áp lực nhiệt độ thường làm lạnh để hóa lỏng nhiệt độ thấp            Nhiệt độ sơi: Nhiệt độ sơi khí đốt hóa lỏng thấp      Ở áp suất khí : Propan sôi -42 độ C Butan -0,5 độ C      Do nhiệt độ áp suất thường LPG bay dội dẫn đến nguy tạo thành NHCN rộng lớn bị thoát ngồi mơi trường thiết bị chứa khơng kín bị rò rỉ            Tỷ trọng:    - Tỷ trọng thể lỏng :      Ở điều kiện nhiệt độ 15 độ C áp suất 760mmHg, tỷ trọng Propan lỏng 0,51 Butan lỏng 0,575      Như vậy, thể lỏng LPG nhẹ nước Mặt khác LPG không tan nước nên cháy mặt nước NHĨM    - Tỷ trọng thể khí :   Ở điều kiện nhiệt độ 15 độ C áp suất 760mmHg, tỷ trọng propan khí 1,52 cịn Butan khí 2,01   Như vậy, thể khí  LPG nặng khơng khí gấp lần   Dẫn đến , ngồi, gas tích tụ chỗ trũng,chỗ kín (như rãnh nước, hố ga ) tạo thành nồng độ NHCN          Tính dãn nở:      Sự dãn nở nhiệt LPG lớn (gấp 1520 lần nước, lớn gấp nhiều lần so với sản phẩm dầu mỏ khác)      Dẫn đến bình chứa, bồn chứa LPG chứa đến 80-85% dung dịch để LPG cỏ thể dãn nở mà không phá hủy thiết bị chứa nhiệt độ tăng    Khi chuyển sang pha thể tích tăng gần 250 lần so với thể tích lỏng 1.    Van đầu bình 2.    Quai tay xách (vịng cổ bình) có dập chữ “PV GAS-S” “PV GAS” 3.     Thân bình có dập chữ “PV GASS” “PV GAS” 4.     Chân đế 1.7 So sánh tính LPG với loại nhiên liệu khác Sản lượng khí dầu mỏ hóa lỏng giới đạt 130 triệu năm 1995 năm 2000 số tăng lên đến 200 triệu Khí dầu mỏ hóa lỏng phát triển thương mại hóa từ năm 1950 Trước đây, chúng dùng chủ yếu cho công nghiệp sinh nhiệt gia dụng Việc nghiên cứu sử dụng LPG phương tiện giao thông vận tải tiến hành thập niên gần Để góp phần làm giảm nhiễm mơi trường khơng khí, số nước áp dụng sách thuế đặc biệt để khuyến khích người dân sử dụng khí LPG chẳng hạn Hà lan, Ý, Hàn quốc …Hình bên giới thiệu tỉ lệ ôtô sử dụng LPG số quốc gia giới NHÓM 10