Tài liệu trình bày các nội dung kiến thức về khí LNG, CNG, và LPG. Các ý trong tài liệu trình bày đầy đủ và chi tiết về các loại khí này theo cách dễ hiểu và bao hàm nhất. Ứng dụng và tiềm năng kinh tế cũng như môi trường của các khí nhiên liệu này cũng được trình bày trong tài liệu.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM KHOA CƠ KHÍ CƠNG NGHỆ BỘ MƠN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ TIỂU LUẬN MÔN HỌC NĂNG LƯỢNG MỚI TRÊN Ô TÔ Họ tên sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Toàn MSSV: 19154900 GVHD: Nguyễn Trịnh Nguyên Lớp: DH19OT Tháng 6/2022 Mục lục KHÍ LNG _1 1.1 Giới thiệu khí LNG: _1 1.2 Tính chất: 1.3 Lịch sử: 1.4 Quá trình sản xuất LNG. _2 1.5 Vận chuyển lưu trữ: 1.6 Ưu điểm: _3 1.7 Nhược điểm: 1.8 Tiềm năg thị trường 1.8.1 Thị trường nước: 1.8.2 Thị trường nướ _5 1.9 So sánh với nhiên liệu hóa thạch: Khí CNG _7 2.1 Giới thiệu khí CNG _7 2.2 Quá trình khai thác _7 2.3 Bảo quản _7 2.4 Tính chất CNG _8 2.5 Ưu điểm CNG 2.7 Tiềm thị trường tương lai _9 2.8 Ứng dụng CNG Việt Nam _10 Khí LPG _12 3.1 Giới thiệu gas LPG: 12 3.1.1 Khái niệm: _12 3.1.2 LPG khai thác sản xuất từ hai cơng nghệ sau: 12 3.2 Tính chất hóa lý LPG: _13 3.3 Ưu điểm 15 3.4 Nhược điểm _15 3.5 Ứng dụng gas LPG: _16 3.5.1 Ứng dụng đời sống 16 3.5.2 Ứng dụng ô tô. 17 3.6 Tiềm thị trường 22 KHÍ LNG 1.1 Giới thiệu khí LNG: Khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) khí tự nhiên (chủ yếu metan (CH4)), với số hỗn hợp etan (C2H6) làm lạnh thành dạng lỏng để dễ dàng an tồn cho việc lưu trữ vận chuyển khơng áp suất Nó chiếm khoảng 1/600 thể tích khí tự nhiên trạng thái khí (ở điều kiện nhiệt độ áp suất tiêu chuẩn) 1.2 Tính chất: LNG khơng mùi, khơng màu, khơng độc khơng ăn mịn Các mối nguy hiểm bao gồm khả bắt lửa sau hóa thành khí gây ngạt Q trình hóa lỏng liên quan đến việc loại bỏ số thành phần, chẳng hạn bụi, khí axit, heli, nước hydrocacbon nặng, gây khó khăn cho q trình hạ lưu Sau đó, khí thiên nhiên ngưng tụ thành chất lỏng gần với áp suất khí cách làm lạnh đến khoảng −162°C (−260°F); áp suất vận chuyển tối đa đặt khoảng 25kPa (4psi) (áp suất đồng hồ), khoảng 1/4 áp suất khí mực nước biển 1.3 Lịch sử: Sự hóa lỏng khí tự nhiên quy mơ lớn Hoa Kỳ vào năm 1918 phủ Hoa Kỳ hóa lỏng khí tự nhiên cách để chiết xuất heli, thành phần nhỏ số khí tự nhiên Heli thiết kế để sử dụng thiết bị di động Anh Chiến tranh Thế giới thứ Khí thiên nhiên lỏng (LNG) không lưu trữ mà điều chỉnh lại đưa vào đường ống dẫn khí Các sáng chế quan trọng liên quan đến việc hóa lỏng khí tự nhiên có từ năm 1915 năm 1930 Năm 1915, Godfrey Cabot cấp sáng chế cho phương pháp lưu trữ khí lỏng nhiệt độ thấp Nó bao gồm bình giữ nhiệt-kiểu thiết kế bao gồm bể lạnh bên trong bể bên ngoài; bể ngăn cách vật liệu cách nhiệt Năm 1937, Lee Twomey nhận sáng chế cho quy trình hóa lỏng khí tự nhiên quy mơ lớn Mục đích lưu trữ khí tự nhiên dạng chất lỏng để sử dụng để loại bỏ tải lượng cao thời gian lạnh giá Do có khối lượng lớn nên việc lưu trữ khí tự nhiên, dạng khí, gần áp suất khí khơng thực tế Tuy nhiên, hóa lỏng, lưu trữ thể tích lớn 1/600 Đây cách thực tế để lưu trữ khí phải giữ −260°F (−162°C) Hình Godfrey Cabot 1.4 Quá trình sản xuất LNG Quá trình bắt đầu với việc xử lý trước nguồn khí tự nhiên vào hệ thống để loại bỏ tạp chất H2S, CO2, H2O, thủy ngân hydrocacbon có mạch cao Khí nguyên liệu sau vào phận hóa lỏng, nơi làm lạnh đến từ 145°C đến -163°C Mặc dù loại số chu kỳ gia nhiệt và/hoặc chất làm lạnh sử dụng khác tùy theo cơng nghệ, quy trình bao gồm tuần hồn khí qua cuộn ống nhơm tiếp xúc với chất làm lạnh nén [9] Khi chất làm lạnh bị hóa hơi, truyền nhiệt làm cho khí cuộn dây nguội [9]LNG sau lưu trữ bồn chứa cách nhiệt thành đơi chun dụng áp suất khí để sẵn sàng vận chuyển đến điểm đến cuối 1.5 Vận chuyển lưu trữ: • LNG vận chuyển khắp giới tàu biển chế tạo đặc biệt • Hầu hết LNG nước vận chuyển đường thơng qua xe tải/rơmc thiết kế có hệ thống làm lạnh Các thiết bị bao gồm ngăn thép nhôm bên ngăn thép cacbon bên với hệ thống chân không để giảm lượng nhiệt truyền • Các hạ tầng đường ống thơng thường đáp ứng nhu cầu vận chuyển, phạm vi giới hạn 1.6 Ưu điểm: LNG làm lạnh áp suất khí nên an tồn khí hóa lỏng áp suất cao + Dễ vận chuyển chất khí hóa lỏng khác, vận chuyển đường ống bồn bể chứa thuyền chuyên chở tới nơi giới + LNG nguồn lượng có hàm lượng khí thải vào khơng khí thấp nhều so với nhiên liệu hóa thạch dầu hoạc than + LNG khí khơng mùi, khơng màu, khơng ăn mịn, khơng độc Điều có ý nghĩa lớn mặt thiết bị thiết bị an tồn hơn, giảm ăn mịn hay hỏng hóc + LNG kiểm chứng, tin cậy an toàn cho động cơ, người mơi trường Nó khí loại nhiên liệu 1.7 Nhược điểm: Chi phí cao việc đầu tư vào phương tiện cất giữ vận chuyển, sở hạ tầng, thiết bị, máy móc chế biến LNG chưa áp dụng rộng rãi nước phát triển, sử dụng nước có cơng nghiệp phát triển mạnh mẽ Mỹ, Anh, Nhật nước châu Âu Các tai nạn liên quan đến khí LNG • Nhà máy Clevanland vào ngày 20 tháng 10 năm 1944, bể hình trụ bị vỡ làm tràn hàng nghìn gallon LNG lên nhà máy khu vực lân cận Khí gas bốc bốc cháy khiến 130 người tử vong • Ngày 19 tháng năm 2004, Skikda, Algeria Vụ nổ sở hóa lỏng Sonatrach LNG 27 người thiệt mạng, 56 người bị thương, ba tàu LNG bị phá hủy, bến hàng hải bị hư hỏng Năm 2004, sản lượng giảm 76% Tổng thiệt hại 900 triệu dollar Mỹ Một lị nước thuộc đồn tàu hóa lỏng LNG phát nổ, gây vụ nổ khí hydrocacbon lớn 1.8 Tiềm năg thị trường 1.8.1 Thị trường ngồi nước: Năm 2004, LNG chiếm 7% nhu cầu khí đốt tự nhiên giới Thương mại toàn cầu LNG, tăng với tốc độ 7,4% năm thập kỷ từ 1995 đến 2005, dự kiến tiếp tục tăng trưởng đáng kể Thương mại LNG dự kiến tăng mức 6,7 phần trăm năm từ năm 2005 đến năm 2020 Cho đến năm 1990, nhu cầu LNG tập trung nhiều Đông Bắc Á: Nhật Bản, Hàn Quốc Đài Loan Đồng thời, nguồn cung cấp lưu vực Thái Bình Dương chi phối hoạt động thương mại LNG giới Mối quan tâm toàn giới việc sử dụng tổ máy phát điện chu trình hỗn hợp chạy khí đốt tự nhiên để sản xuất điện, với việc nguồn cung cấp khí đốt tự nhiên Bắc Mỹ Biển Bắc khơng có khả đáp ứng nhu cầu ngày tăng, mở rộng thị trường khu vực cho LNG Nó đưa nhà cung cấp lưu vực Đại Tây Dương Trung Đơng vào thương mại Tính đến cuối năm 2017, có 19 quốc gia xuất LNG 40 quốc gia nhập LNG Ba nhà xuất LNG lớn năm 2017 Qatar (77,5 tấn), Australia (55,6 tấn) Malaysia (26,9 tấn) Ba nhà nhập LNG lớn năm 2017 Nhật Bản (83,5 tấn), Trung Quốc (39 tấn) Hàn Quốc (37,8 tấn) [79] Sản lượng thương mại LNG tăng từ 142 năm 2005 lên 159 năm 2006, 165 năm 2007, 171 năm 2008, 220 năm 2010, 237 năm 2013, 264 năm 2016 290 năm 2017 [79 ] Sản lượng LNG toàn cầu 246 vào năm 2014, [80] phần lớn số sử dụng thương mại quốc gia [81] Trong vài năm tới, khối lượng Thương mại LNG tăng lên đáng kể 1.8.2 Thị trường nước: Hiện nay, nhu cầu nguồn điện dử dụng Việt Nam ngày tăng cao, đặc biệt q trình thị hố, nhu cầu khu công nghiệp Phát triển nguồn điện sử dụng nhiên liệu mộ chủ trương đắn Nhà Nước, dần giảm loại bỏ nhiên liệu ô nhiễm Than, dầu… Hiện Điện Khí hố xu hướng nhiều quốc gia, Việt Nam khơng đứng ngồi cuộc, nhiên nguồn khí tự nhiên mỏ dần giảm trữ lượng, phát triển điện khí hố cụ thể Nhà máy phát điện sử dụng LNG làm nhiên liệu đang phát triển mạnh mẽ năm qua năm tới định hướng 2025, tầm nhìn 2035 Việt Nam đnag có nhiều dự án nước đầu tư, nhà Nước đầu tư, tư nhân đầu tư trải dài Nước từ Bắc vào Nam cụ thể: Dự án LNG Thị Vải – Bà Rịa Vũng Tàu Dự Án LNG Hải Linh -Bà Rịa Vũng Tàu Dự án LNG Bạc Liêu Dự án LNG Sơn Mỹ – Bình Thuận Dự LNG Quảng Ninh Dự án LNG Chân Mây Dự Án LNG Long an Dự án LNG Cát Hải – Hải Phòng Dự án LNG Hòn Khoai- Cà Mau 10 Dự án LNG Mỹ Giang – Khánh Khoà 11 Dự án LNG Long Sơn – Bà Rịa Vũng Tàu 12 Dự án LNG Vũng Áng – Hà Tĩnh 1.9 So sánh với nhiên liệu hóa thạch: Đối với lượng nhiệt tương đương, việc đốt cháy khí đốt tự nhiên tạo carbon dioxide khoảng 30% so với đốt dầu mỏ khoảng 45% so với đốt than đá Tránh hầu hết vấn đề phát thải CO Nếu hóa lỏng phục vụ ngành công nghiệp khác (Cơ quan Thông tin Năng lượng báo cáo lượng khí thải sau tính triệu carbon dioxide: Khí tự nhiên: 5.840, Dầu mỏ: 10.995, Than: 11.357 Đối với năm 2005 số liệu thống kê lượng thức Chính phủ Hoa Kỳ) 3.1.2 LPG khai thác sản xuất từ hai cơng nghệ sau: - Khi dầu thơ hút lên từ giếng dầu, giảm áp suất áp suất khí làm cho thành phần hydrocacbon nhẹ tách khỏi pha lỏng dầu thô chuyển thành pha khí (khí đồng hành), có butan propan Sau đó, propan butan tách riêng nhà máy tách khí - Butan propan khí hydrocacbon khác, sản phẩm trình chế biến lọc – hóa dầu tách riêng loại nhà máy tách khí 3.2 Tính chất hóa lý LPG: - Trạng thái tồn o Ở điều kiện nhiệt độ áp suất thường LPG tồn trạng thái Do LPG có tỷ số dãn nở lớn như: đơn vị thể tích gas lỏng dãn nở thành 250 đơn vị thể tích gas Vì vậy, để tiện lợi trình tồn chứa vận chuyển, LPG hóa lỏng cách nén vào bình chứa chịu áp lực nhiệt độ bình thường làm lạnh hóa lỏng để tồn chứa điều kiện áp suất thấp o Đặc trưng lớn LPG tồn chứa trạng thái bão hòa, tức tồn dạng lỏng dạng nên với thành phần khơng đổi (Ví dụ: 70% Butane 30% propane) áp suất bão hịa bình chứa khơng phụ thuộc vào lượng LPG có bình, mà hồn toàn phụ thuộc vào nhiệt độ bên o Khi chuyển từ pha lỏng sang pha hơi, LPG thu nhiệt Năng lượng cần thiết lấy từ thân LPG môi trường xung quanh làm nhiệt độ LPG bình chứa giảm Đặc biệt, rị rỉ, LPG hóa dội giảm áp đột ngột xuống áp suất khí quyển, LPG làm lạnh khơng khí, bình chứa, gây nên tượng tạo tuyết 14 sương mù ngưng ẩm khơng khí Điều giúp phát chổ rò rỉ gas lỏng để đo mức bồn (Chú ý: tránh bỏng lạnh) - Nhiệt độ sơi: áp suất khí quyển, Butane sơi –0,5oC Propane sơi – 42oC Chính vậy, nhiệt độ áp suất bình thường LPG bay dội - Tỷ trọng: o Tỷ trọng thể lỏng: điều kiện 15oC, tỷ trọng Butane lỏng 0,575 tỷ trọng Propane lỏng 0,510 Như vậy, tỷ trọng LPG thể lỏng xấp xỉ nửa tỷ trọng nước o Tỷ trọng thể hơi: điều kiện 15oC, 760 mmHg, tỷ trọng Butane 2,01 Propane 1,52 Như vậy, thể tỷ trọng LPG gần gấp lần tỷ trọng khơng khí Vì vậy, ngồi, gas lan truyền mặt đất nơi trũng như: rãnh nước, hố gas…tuy nhiên gas phân tán có gió - Tính giãn nở: o Sự dãn nở nhiệt LPG lỏng nhiệt độ tăng gấp 15 – 20 lần so với nước lớn nhiều so với sản phẩm dầu mỏ khác Do đó, bồn, bình chứa LPG chứa đến 80% – 85% dung tích tồn phần để có khơng gian cho LPG lỏng dãn nở nhiệt o Khi chuyển sang pha hơi, đơn vị thể tích LPG lỏng tạo 250 lần đơn vị thể tích gas Điều mang ý nghĩa kinh tế lớn so với loại khí nén khác cần khơng gian, nghĩa thiết bị cơng nghệ nhỏ cho tồn chứa, vận chuyển - Giới hạn cháy nổ: o Giới hạn cháy nổ gas hỗn hợp gas/khơng khí phần trăm thể tích để hỗ hợp có khả cháy nổ Giới hạn cháy nổ 15 gas khơng khí hẹp, từ 1,8% (LEL) đến 10% (UEL) Chính vậy, an toàn cháy nổ LPG cao nhiều so với nhiên liệu khác o Do giới hạn cháy parafin olefin nhau, giá trị đề cập đến dùng cho sản phẩm thương mại đặc trưng Giá trị giới hạn cháy số loại nhiên liệu khác giới thiệu để so sánh 3.3 Ưu điểm Chi phí cho nhiên liệu (LPG) rẻ so với xăng (mặc dù vẩn dùng xăng "đề máy") 3.4 Nhược điểm Hiện xăng "có lắp đặt" LPG: ít, tỉnh mà hết LPG mệt tiền xăng (mất tác dụng việc tiết kiệm tiền xăng) Chi phí để chuyển đổi từ chạy xăng toàn thời sang vừa chạy xăng chạy LPG: khoản tiền khơng nhỏ => thường bác phải chạy khoản 40 000km trở lên "lấy vốn" lại => bác phải "giử xe" (không đổi xe khác) năm hồ vốn (thời gian phụ thuộc vào tỉ lệ chênh lệch giửa xăng LPG) Khi xe chuyển sang chạy LPG "yếu hơn" so với chạy xăng (công suất bị giảm khoản 10%) Cốp xe bị thu hẹp lại phải đặt "bồn chứa" LPG cốp xe => dung tích tiện dụng bị thu hẹp lại (phụ thuộc vào dung tích bác lắp đặt bồn chứa LPG) 3.5 Ứng dụng gas LPG: 3.5.1 Ứng dụng đời sống 16 Về nhiệt lượng, kg gas cung cấp khoảng 12.000 kcal lượng, tương đương nhiệt tạo 2kg than củi, 1,3 lít dầu hỏa, 1,5 lít xăng Đồng thời, khí gas cịn sản sinh chất khí độc hại tạp chất trình cháy Vì vậy, nguồn nhiên liệu thân thiện với môi trường an toàn cho người, đáng để lựa chọn sử dụng Khí gas LPG sử dụng với nhiều mục đích khác nhiều lĩnh vực khác Cụ thể là: - Dân dụng: Các hộ gia đình sử dụng khí gas làm nhiên liệu chất đốt sinh hoạt Bình gas sử dụng gia đình loại bình gas 12kg - Thương mại: Các khách sạn, nhà hàng, khu vui chơi giải trí sử dụng khí gas để phục vụ hoạt động kinh doanh Loại bình gas sử dụng phổ biến bình gas 45kg - Cơng nghiệp: Các nhà máy, xí nghiệp sử dụng khí gas nhiên liệu phục vụ sản xuất Cụ thể, lĩnh vực sản xuất gốm sứ, gạch men, thủy tinh, chế biến nơng sản, thực phẩm, … cần sử dụng khí gas Nguồn gas cung cấp chủ yếu hệ thống bình gas 45kg bồn chứa gas dung tích lớn - Giao thơng vận tải: Sử dụng khí gas để thay cho nhiên liệu truyền thống xăng, dầu, góp phần bảo vệ mơi trường Tuy nhiên, tính đến thời điểm tại, việc triển khai sử dụng khí gas giao thơng vận tải chưa phủ sóng rộng rãi dù việc sử dụng loại nhiên liệu tiết kiệm tới 25% chi phí Hy vọng tương lai, phương tiện giao thông vận tải lựa chọn gas nguồn nhiên liệu hoạt động 3.5.2 Ứng dụng tơ Động biogas 17