Tìm hiểu về nhiên liệu LPG và các ứng dụng

Các phương án chuyển đổi động cơ chạy bằng nhiên liệu truyền thống sang sử dụng nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng LPG.....  Sử dụng LPG là nguồn nguyên liệu cho các ngành công nghiệp: Với

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

TÌM HIỂU VỀ NHIÊN LIỆU LPG VÀ CÁC ỨNG DỤNG

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

Mục lục

Giới thiệu về nhiên liệu LPG 2

Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ LPG 3

1.1 LPG hoặc LP Gas là gì? 3

1.2 Thành phần hóa học của LPG 3

1.2.1 Propane 3

1.2.2 Butane 3

1.2.3 Các ưu điểm của propane và Butane 4

1.2.4 Mecaptan 4

1.3 Lý tính của LPG 4

1.4 Các ứng dụng của LPG 5

1.5 Các ưu điểm của nhiên liệu LPG 6

1.6 An toàn trong sử dụng và tồn trữ LPG 6

1.7 So sánh tính năng của LPGvới các nhiên liệu khác 8

Chương 2: KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG LPG TRÊN XE 10

2.1 Các nhiên liệu khí sử dụng trên xe 11

2.1.1 Khí thiên nhiên 11

2.1.2 Khí đồng hành từ dầu mỏ 11

2.1.3 Ưu điểm của việc sử dụng khí LPG so với các khí khác 14

2.1.4 Kết luận 15

2.1.5.Các phương pháp sử dụng nhiên liệu khí để chạy động cơ đốt trong 15

2.1.5.1.Phương pháp thứ nhất 15

2.1.5.2 Phương pháp thứ hai 15

2.2 Các phương án chuyển đổi động cơ chạy bằng nhiên liệu truyền thống sang sử dụng nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng LPG 16

2.2.1.Động cơ xăng 16

2.2.2.Động cơ Diezel 16

2.3.Quá trình cháy của LPG trong động cơ đánh lửa cưỡng bức 17

2.4 Các cụm chi tiết chính của hệ thống LPG trên ôtô 17

2.4.1.Bộ trộn khí 17

2.4.2 Bộ giảm áp hóa hơi 18

2.4.3.Bình chứa LPG 18

2.4.4.Các cụm chi tiết khác trong hệ thống LPG 18

2.4.4.1.Van solenoid / kiểu đơn và 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 cơ diesel thành động cơ diesel có sử dụng khí thiên nhiên 20

3.1.1.Chuyển đổi động cơ diesel thành động cơ LPG, CNG đốt cháy cưỡng bức 20

3.1.2.Chuyển đổi động cơ xăng thành động cơ phun LPG trực tiếp 22

3.1.3.chuyển đổi động cơ diesel thành động cơ nhiên liệu kép diesel –LPG 25

3.2 Động cơ nhiên liệu kép ( dual fuel) 26

3.2.1.Nguyên lý hoạt động của động cơ dual fuel 26

3.2.2 thành phần cơ bản của hệ thống 28

3.2.3 Một số kết quả nghiên cứu về tính kinh tế nhiên liệu và khí thải trên động cơ nhiên liệu kép 29

3.2.3.1.thử nghiệm trên xe tải Kenworth 30

3.2.3.2.Thử nghiệm trên xe Mitsubishi 3.2 L diesel 31

GIỚI THIỆU VỀ NHIÊN LIỆU (LPG)

Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, kỹ thuật, kinh tế

và yêu cầu về môi trường, những ứng dụng của LPG cũng trở nên rộng rã i và đang trởthành loại nhiên liệu có nhiều ưu điểm nhất hiện nay

LPG là từ viết tắt của khí dầu mỏ hoá lỏng LPG (Liquefied Petroleum Gas) là hỗn hợphydrocarcbone với thành phần chính là Butan, Propan chiếm 99% LPG được hoá lỏngdưới áp suất cao để thuận lợi cho tồn chứa và vận chuyển Với nhiều đặc tính quý báu,LPG đang được sử dụng và ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành nhiều lĩnh vực Đã và đang mang lại những hiệu quả thuyết phục ứng dụng của LPG cú thể chia theo mục đích sử dụng thành ba nhóm chính:

- Sử dụng LPG là nguồn nguyên liệu cho các ngành công nghiệp

- Sử dụng LPG là nguồn nhiên liệu cho các quá trình đốt sinh nhiệt

- Sử dụng LPG là nguồn nhiờn liệu cho cỏc phương tiện vận tải, các thiết bị chuyển nhiệt năng thành cơ năng

 Sử dụng LPG là nguồn nguyên liệu cho các ngành công nghiệp:

Với đặc tính không màu, không mùi, không độc hại nên LPG là nguồn nhiên liệu tốt cho các quá trình chế biến hoá học, làm chất mang, :

- Trong công nghiệp hoá chất, LPG đợc sử dụng để chế biến tạo các hợp chất hoá học các hợp chất cao phân tử, nhựa,

- Trong nông nghiệp, LPG cũng đợc sử dụng để chế biến phân bón phân đạm, ure, Ngoài ra LPG cũng được sử dụng để tổng hợp thuốc trừ sâu

- Trong công nghiệp mỹ phẩm, LPG được sử dụng để tổng hợp các hợp chất thơm, khímang trong nước hoa, kem bôi da

- Trong công nghiệp thực phẩm LPG cũng đợc sử dụng rộng rãi LPG đã được sử dụng tổng hợp hương liệu hương chanh, cam, táo

 LPG sử dụng cho quá trình đốt sinh nhiệt:

Sử dụng LPG cho quá trình đốt sinh nhiệt là ứng dụng phổ biến nhất hiện nay Do đòi hỏi về yêu cầu đảm bảo môi trờng sống, sự tiện lợi, giá thành và hiệu quả mà LPG được sử dụng trong lĩnh vực này trở nên phổ biến

LPG được phát hiện và sử dụng từ những năm đầu thế kỷ 19, đến những năm 50 của thế kỷ 20 đang được ứng dụng rộng rãi Ngày nay, LPG đã được sử dụng thay thế cho các loại nhiên liệu truyền thống : than, củi, điện, Việc sử dụng LPG này đã cho thấynhiều lợi ích quan trọng:

- Không gây ô nhiễm môi trường

- Giá thành thấp hơn so với dùng điện

- Chất lượng sản phẩm đồng đều, ổn định, đảm bảo yêu cầu

- Tiện lợi và tiết kiệm

Chương 1 : KHÁI QUÁT VỀ LPG

1.1 LPG hoặc LP Gas là gì?

LPG hoặc LP Gas là chữ viết tắt của “Liqueded Petroleum Gas” có nghĩa là

“Khí dầu mỏ hóa lỏng” Đây là cách diễn tả chung của propan có công thức hóa học là

C3H8 và butan có công thức hóa học là C4H10, cả hai được tồn trữ riêng biệt hoặcchung với nhau như một hỗn hợp

LPG có từ hai nguồn: từ các quặng dầu và các mỏ khí và được tách ra từ cácthành phần khác trong quá trình chiết xuất từ dầu hoặc khí thiên nhiên LPG còn làmột sản phẩm phụ của quá trình tinh luyện dầu

LPG có thể được hóa lỏng ở nhiệt độ bình thường bằng cách gia tăng áp suấtvừa phải, hoặc ở áp suất bình thường bằng cách sử dụng kỹ thuật làm lạnh để làmgiảm nhiệt độ.

PROPANE

1.2.2 Butane

Butane là một hydrocarbon có trong khí thiên nhiên và có thể thu được từ quátrình tinh luyện dầu mỏ Butane là một alkane thể khí, gồm có các hydro cacbon chứa

4 nguyên tử cacbon, chủ yếu là n- butane và iso-butane Công thức hóa học của butane

là C4H10 và có công thức cấu tạo như sau:

BUTANE

Công thức hóa học C4H10

1.2.3 Các ưu điểm của Propane và Butane

Ưu điểm chính của Butane là nó có thể hóa lỏng một cách dễ dàng Điều này cónghĩa là Butane có thể được sử dụng ở cả hai dạng lỏng và dạng rắn

Ưu điểm của Propane cũng giống như Butane, nó có thể được hóa lỏng mộtcách dễ dàng Do đó, Propane cũng được sử dụng ở cả hai dạng lỏng và dạng rắn.Ngoài ra Propane là khí không màu nên không thể dễ dàng nhìn thấy

Về mặt lý thuyết, LPG chứa 50% Propane và 50% Butane Propane và Butaneđược dùng như một hỗn hợp là vì cả hai Butane và Propane đều là alkane Điều này cónghĩa là chúng không xảy ra phản ứng hóa học với nhau Do đó, Propane và Butaneđược dùng kết hợp trong nhiên liệu nhưng vẫn an toàn Ngoài ra, Propane và Butane làsản phẩm phụ thu được từ tinh luyện dầu mỏ Mặt khc, cả hai Propane và Butane cóthể được hóa lỏng một cách dễ dàng do đó chúng rất lý tưởng trong việc sử dụng kếthợp như một nhiên liệu

1.2.4 Mecaptan

Mercaptan là một chất được pha trộn vào LPG với tỉ lệ nhất định làm cho LPG

có mùi đặc trưng, để dễ phát hiện khi bị xì hoặc rò rỉ Thường LPG là không màu,không mùi

ở phần đáy bình và hơi nằm ở phía trên

Sự giãn nở của LPG vào khoảng 0,25%, chính vì vậy ta phải luôn luôn chứa khíLPG ở khoảng 80% thể tích bồn chứa Phần còn lại của bồn chứa dành cho phần hơigiãn nở do nhiệt độ môi trường

Tỷ số bén lửa từ 2,4%  9.6% trong không khí

Nhiệt độ tự bốc cháy là 855oF (457oC)

Nhiệt trị thấp: QH = 46 MJ/kg (tương đương 11.000 kcal)

Tỉ số không khí nhiên liệu A/F: 15,5

Chỉ số Octan: 95  105

LPG không độc hại, tuy nhiên không nên hít vào cơ thể với số lượng lớn vì cóthể làm say hay nghẹt thở và không nên bước vào môi trường có đầy hơi gas vì rấtnguy hiểm do tính dễ bốc cháy của LPG

Một lít LPG ở trạng thái lỏng có thể hóa hơi xấp xỉ 250 lít ở trạng thái hơi.Một số tính chất của LPG được trình bày ở bảng sau :

Một số tính chất của LPG so sánh với xăng và dầu được trình bày ở bảng sau:

LPG có hơn 1500 ứng dụng được chia làm 5 khu vực thị trường chính:

Dân dụng và thương nghiệp: Nấu ăn, nấu nước nóng, sưởi ấm, đèn gas… trongcác hộ dân, các cửa hàng ăn uống, các khách sạn …

Công nghiệp và nông nghiệp: Sấy thực phẩm, nung gốm sứ, ấp trứng, hàn cắt,thanh trùng dụng cụ y tế, …

Ô tô: LPG được biết như là loại nhiên liệu thay thế cho diesel và xăng Vì thế,hiện nay đã có nhiều xe sử dụng LPG như là nguồn nhiên liệu cung cấp năng lượngcho động cơ Trong thực tế việc sử dụng LPG thường mang lại cảm giác chạy xe êmhơn, tiếng ồn thấp, đặc biệt trên các xe tải nặng Tuy nhiên các xe thương mại dùngLPG như một nguồn nhiên liệu hiện nay vẫn chưa được sản xuất

Phát điện: Chạy máy phát điện, Turbin

Hoá dầu: Sản xuất ethetylen, propylen, butadiene cho ngành nhựa và đặc biệt làsản xuất MTBE là chất làm tăng chỉ số Octane.

1.5 Các ưu điểm của nhiên liệu LPG

LPG có các ưu điểm sau :

Các thành phần hóa học của LPG tương đối ít, do đó dễ dàng thực hiện việcđiều chỉnh đúng tỉ lệ hỗn hợp nhiên liệu và không khí để quá trình cháy xảy ra hoàntoàn Ưu điểm này đem lại đặc tính cháy sạch cho LPG

Cả hai Propane và Butane được hóa lỏng một cách dễ dàng và đựng trong cácbình chứa áp suất Đặc tính này làm cho nhiên liệu có tính cơ động cao, do đó có thểvận chuyển dễ dàng trong các bình hoặc các thùng chứa đến người sử dụng

LPG là chất thay thế tốt cho xăng trong các động cơ xăng Đặc tính cháy sạchcủa LPG trong một động cơ thích hợp đã làm giảm bớt lượng khí thải, kéo dài tuổi thọcủa dầu bôi trơn và bugi đánh lửa

Các đặc tính cháy sạch và dễ vận chuyển của LPG cung cấp một chất thay thếcho các nhiên liệu bản xứ chẳng hạn như gỗ, than đá và các chất hữu cơ khác Đây làgiải pháp tốt để hạn chế nạn phá rừng và làm giảm các chất thải rắn (PM) nguy hiểmvào bầu khí quyển được gây ra bởi việc đốt cháy các nhiên liệu bản xứ

Thay thế cho chất nổ và chất làm lạnh f (fluorocarbons ), giúp hạn chế nguyên nhângây phá hủy tầng ozone của trái đất

1.6 An toàn trong sử dụng và tồn trữ LPG

Quá trình cháy của LPG sinh ra cacbon dioxide(CO2) và hơi nước, nhưng phải

có đủ không khí Nhưng nếu hỗn hợp thiếu không khí, trong khi cháy có thể sinh rakhí độc là cacbon monoxide(CO)

Mỗi người có liên quan đến việc tồn trữ và sử dụng LPG nên quan tâm đến cácđặc tính và các mối nguy hiểm tiềm ẩn sau:

(a) LPG được tích trữ ở thể lỏng dưới áp suất nhất định LPG gần như không

màu và trọng lượng của nó thì xấp xỉ phân nửa một thể tích tương đương của nước

(b) Hơi LPG thì dày đặc hơn không khí: butan thì nặng vào khoảng hai lần

không khí và propan nặng khoảng 1.5 lần không khí Vì vậy hơi LPG có thể bay gầnsát mặt đất và đi vào các đường cống rãnh, đầm lầy đến các nơi thấp nhất của môitrường xung quanh và bị đốt cháy ở khoảng cách xa từ nơi rò rỉ Trong không khí yêntĩnh, hơi LPG sẽ phân tán rất chậm

(c) LPG có thể tạo thành một hỗn hợp dễ cháy khi đã hòa trộn với không khí.

Phạm vi có khả năng gây cháy ở áp suất và nhiệt độ xung quanh trải rộng từ giới hạnthấp nhất vào khoảng 2% hơi LPG trong không khí và giới hạn cao nhất là 10% hơiLPG trong không khí Trong phạm vi này có nguy hiểm của sự mồi lửa Bên ngoàiphạm vi này hỗn hợp là quá nghèo hoặc quá giàu để truyền ngọn lửa Tuy nhiên, cáchỗn hợp quá giàu có thể trở nên nguy hiểm khi được làm nghèo đi với không khí vàcũng sẽ cháy tại bề mặt với không khí Ở áp suất cao hơn áp suất khí trời, giới hạn trêncủa khả năng gây cháy được gia tăng, nhưng sự gia tăng này với áp suất không phải làtuyến tính

(d) Ngay cả rò rỉ một lượng nhỏ của LPG có thể tạo nên thể tích lớn của hỗn

hợp hơi LPG và không khí và do đó gây nên nguy hiểm đáng kể Một máy đo hơi nổthích hợp có thể được sử dụng để kiểm tra sự tập trung của LPG trong không khí

(e) Ở mức độ tập trung rất cao trong không khí, hơi LPG gây mê và sau đó gây

ngạt do làm loảng hoặc giảm sự có mặt của oxy

(f) LPG thương mại thông thường được tạo mùi trước khi phân phối bằng cách

thêm vào một chất tạo mùi, chẳng hạn như ethyl mercaptan hoặc dimethyl sulphide, để

có thể tìm ra bằng mùi của khí ở mức tập trung thấp đến 1/5 giới hạn thấp hơn có khảnăng gây cháy (có nghĩa là khoảng 0,4 % khí LPG trong không khí)

(g) Ngoài cách nhận biết bằng mùi, sự rò rỉ của LPG có thể nhận thấy rỏ bằng

cách khác Khi chất lỏng bốc hơi, sự làm mát tác động vào môi trường không khí xungquanh gây nên sự ngưng tụ và đông cứng của hơi nước trong không khí Tác động nàycho thấy có sự đóng băng tại điểm xảy ra rò rỉ LPG, qua đó ta có thể dễ dàng phát hiện

và xử lý Ngoài ra, chỉ số khúc xạ của LPG khác so với không khí, đôi khi sự rò rỉLPG có thể được nhìn thấy như ánh sáng mờ mờ (shimmering)

(h) Vì sự bay hơi nhanh và liên tục làm giảm nhiệt độ, một phần nhỏ chất lỏng

LPG có thể gây nên vết bỏng lạnh nghiêm trọng nếu để tiếp xúc với da Trang thiết bịbảo vệ cá nhân (ví dụ như bảo vệ tay và mắt) nên được mang vào nếu những nguyhiểm này có thể xảy ra

Một cái bình rổng, nhưng trước đó đã chứa LPG có thể vẫn còn LPG tồn tại ởthể hơi và do đó có những nguy hiểm tiềm ẩn Áp suất bên trong bình này xấp xỉ ápsuất khí trời Nếu một cái van đang rò rỉ hoặc để ở trạng thái mở, không khí có thểkhuếch tán vào trong bình chứa tạo thành một hỗn hợp có khả năng gây cháy và nổ rấtnguy hiểm

Một số đặc tính của Gas có liên quan tới công tác PCCC.

Khí đốt hóa lỏng là sản phẩm thu được từ quá trình chế biến dầu mỏ, thành phầncủa nó bao gồm hỗn hợp của nhiều hydrocacbon parafin mà chủ yếu là propan vàbutan Tỷ lệ của propan và butan trong thành phần khí đốt hóa lỏng phụ thuộc vàomỗi hãng sản xuất (Petrolimex , Sell, Total, Thăng Long .) Đối với LPG củaPetrolimex tỷ lệ propan và butan là từ 30/70 đến 50/50 về thể tích

Về trạng thái tồn tại:

LPG ở thể lỏng và hơi đều không màu, không mùi Vì lý do an toàn nên LPG đượcpha thêm chất tạo mùi để dễ phát hiện rò rỉ Thông thường LPG thương mại được phathêm chất tạo mùi EtylMecaptan có mùi đặc trưng , khí này hòa tan tốt trong LPG ,không độc , không ăn mòn kim loại và có tốc độ bay hơi gần LPG nên nồng độ trongLPG không đổi cho đến khi bình chứa được sử dụng hết Theo các tiêu chuẩn antoàn, nồng độ pha chế tạo mùi phải thích hợp để chúng ta có thể phát hiện được hơigas rò rỉ khi đạt nồng độ bằng 1/5 lần giới hạn nồng độ bốc cháy thấp

Ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thường , LGP tồn tại ở trạng thái khí Tuy nhiên, doLPG có tỷ số dãn nở thể tích lớn nên để thuận tiện và kinh tế trong quá trình bảoquản , vận chuyển và sử dụng, LPG thường được hóa lỏng bằng cách nén vào các bìnhchứa chịu áp lực ở nhiệt độ thường hoặc làm lạnh để hóa lỏng ở nhiệt độ thấp

Nhiệt độ sôi: Nhiệt độ sôi của khí đốt hóa lỏng thấp.

Ở áp suất khí quyển : Propan sôi ở -42 độ C và Butan ở -0,5 độ C

Do đó ở nhiệt độ và áp suất thường LPG bay dữ dội dẫn đến nguy cơ tạo thànhcùng NHCN rộng lớn nếu bị thoát ra ngoài môi trường khi thiết bị chứa không kínhoặc bị rò rỉ

- Tỷ trọng ở thể khí :

Ở điều kiện nhiệt độ 15 độ C và áp suất 760mmHg, tỷ trọng của propan khí bằng1,52 còn của Butan khí bằng 2,01

Như vậy, ở thể khí LPG nặng hơn không khí gấp 2 lần

Dẫn đến , khi thoát ra ngoài, hơi gas sẽ tích tụ ở những chỗ trũng,chỗ kín (như rãnhnước, hố ga ) tạo thành nồng độ NHCN

chữ nổi “PV GAS-S” hoặc “PV GAS”

3 Thân bình có dập chữ nổi “PV

GAS-S” hoặc “PV GAGAS-S”

4 Chân đế

1.7 So sánh tính năng của LPG với các loại nhiên liệu khác

Sản lượng khí dầu mỏ hóa lỏng trên thế giới đạt 130 triệu tấn trong năm 1995

và trong năm 2000 con số này tăng lên đến trên 200 triệu tấn Khí dầu mỏ hóa lỏng đãđược phát triển và thương mại hóa từ những năm 1950 Trước đây, chúng được dùngchủ yếu cho công nghiệp và sinh nhiệt gia dụng Việc nghiên cứu sử dụng LPG trênphương tiện giao thông vận tải mới được tiến hành trong những thập niên gần đây Đểgóp phần làm giảm ô nhiễm môi trường không khí, một số nước đã áp dụng chính sáchthuế đặc biệt để khuyến khích người dân sử dụng khí LPG chẳng hạn như Hà lan, Ý,Hàn quốc …Hình bên dưới giới thiệu tỉ lệ ôtô sử dụng LPG tại một số quốc gia trênthế giới

Quá trình cháy của LPG diễn ra thuận lợi hơn nhiều so với xăng do hỗn hợpđược hòa trộn tốt Mặt khác LPG ở thể khí trong điều kiện khí trời nên không có lớpnhiên liệu lỏng ngưng tụ trên thành xy lanh hay thành đường ống nạp do đó giảmthành phần các chất khí chưa cháy trong khí thải động cơ Thực nghiệm cho thấy ôtôchạy bằng LPG dễ dàng thỏa mãn những tiêu chuẩn khắt khe nhất của luật môi trườnghiện nay Trong điều kiện hoạt động bình thường, ôtô LPG có mức độ phát ô nhiễmgiảm 80% đối với CO, 55% đối với HC và 85% đối với NOx so với động cơ xăng cùng

cỡ Ngoài ra, sử dụng nhiên liệu LPG cũng góp phần làm đa dạng hóa nguồn nănglượng sử dụng cho giao thông vận tải

Do LPG có các đặc tính kỹ thuật như có tính chống kích nổ cao, không có chìnên sản phẩm cháy không có muội than, không có hiện tượng đóng màng nên động cơlàm việc với LPG ít gây kích nổ hơn, ít gây mài mòn xy lanh, piston, segment, và cácchi tiết kim loại khác trong động cơ

So sánh khí thải của các xe chạy bằng xăng, diesel và LPG

Qua các nghiên cứu thực nghiệm quá trình cháy của động cơ sử dụng LPG, từcác kết quả thực nghiệm các nhà nghiên cứu đã rút ra được những kết luận sau:

Tốc độ cháy của hỗn hợp LPG – không khí lớn hơn tốc độ cháy của hỗn hợp xăng –không khí và phụ thuộc vào tốc độ động cơ Do đó cần điều chỉnh lại góc đánh lửasớm khi chuyển động cơ xăng sang LPG

Hỗn hợp LPG – không khí có thể cháy ổn định ở giới hạn dưới của độ đậm đặc

Vì vậy có thể thiết kế động cơ làm việc với hỗn hợp loãng để nâng cao tính kinh tế vàgiảm ô nhiễm môi trường

Chương 2 : KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG LPG LÊN XE

2.1 Các loại nhiên liệu khí sử dụng trên xe

Các loại nhiên liệu khi dùng trên xe chủ yếu gồm 2 loại: khí thiên nhiên và khíđồng hành từ mỏ dầu

2.1.1 Khí thiên nhiên

Là khí được khai thác từ các mỏ khí có sẵn trong tự nhiên Thành phần chủ yếucủa khí thiên nhiên là Methane(CH4) 8090%.Khí thiên nhiên dùng làm nhiên liệucho xe cộ dưới 3 dạng sau:

Khí thiên nhiên nén(Compressed Natural Gas/CNG):khí được nén ở thể tíchnhỏ hơn với một áp suất cao 250 bars và chứa trong một bình chứa chắc chắn.Bìnhchứa chứa được 4050 lít khí

Khí thiên nhiên hóa lỏng (Liquefield Natural Gas/LNG): Khí được làm lạnh ởnhiệt độ âm 1620C, áp suất khoảng 8,9 bars để chuyển sang trạng thái lỏng và chứatrong các bình cách nhiệt

Khí thiên nhiên hấp thụ (Adsorbed Natural Gas/ANG): Khí thiên nhiên đượcchứa dưới dạng hấp thụ trong các vật liệu đặc biệt (như ống mao dẫn Cacbon hoạttính) ở áp suất 3040 bars

Ở hai loại sau, do khí được chứa ở áp suất không cao nên các bình chứa khôngđòi hỏi khắt khe như đối với khí thiên nhiên nén

2.1.2 Khí đồng hành từ dầu mỏ

Ơ các mỏ dầu luôn luôn có loại khí này Khi khai thác dầu mỏ, người ta sẽ thuđược khí này trước do chúng nằm phía trên mỏ Thành phần chủ yếu của khí đồnghành là Propane và Butane với tỉ lệ: 50/50, 60/40, 70/30

Khí đồng hành được dùng làm nhiên liệu dưới dạng khí hoá lỏng(LiquefiedPetrolium Gas/ LPG) Khí đồng hành hóa lỏng được chứa trong các bình có áp suấtthấp(dưới 20 bars)

Khả năng sử dụng khí đồng hành làm nhiên liệu :

Với chiều dài bờ biển trên 3000 km nên nước ta là nước có nhiều trữ lượng vềdầu khí Các mỏ dầu và mỏ khí tập trung chủ yếu ở Biển Đông Bên ngoài thềm lụcđịa nước ta Từ các mỏ trên, lượng khí thiên nhiên được lấy ra với trữ lượng rất cao.Nếu được khai thác và sử dụng tốt sẽ mang lại nhiều lợi nhuận kinh tế

Khí đốt hoá lỏng gọi tắt là LPG (hay còn gọi là gas) được sử dụng lần đầu tiênvào năm 1930 và sau đó đã phát triển nhanh chóng, rộng rãi trên thế giới với khoảnghơn 1500 ứng dụng khác nhau (bếp gas, đèn gas, thanh trùng,sấy, đốt, cắt, hàn, nhiênliệu cho các loại động cơ ,ôtô, …)

Mức tiêu thụ trong thời gian qua trên toàn cầu được ghi nhận vào khoảng 69triệu tấn (năm 1970), 109 triệu tấn (1980), 130 triệu tấn (1992), và 140 triệu tấn(1993) Trong đó 4 vùng tiêu thụ chính là Bắc Mỹ (37 triệu tấn), Châu Âu (22 triệutấn), Nhật (20 triệu tấn), Châu Mỹ Latinh (18 triệu tấn)

Tại Việt Nam, LPG được đưa vào Miền Nam vào năm 1957 với mức tiêu thụban đầu là 400 tấn, tăng dần lên 1900 tấn (1964), và 1500 tấn (1975), chủ yếu dùngtrong dân dụng (nấu nướng) và công nghiệp thực phẩm, dược…

Vì ngưng nhập từ năm 1984 và hầu như không cung ứng cho lĩnh vực dân dụng

từ sau năm 1975 nên hầu như toàn bộ khách hàng đã chuyển sang sử dụng các loạichất đốt khác thay thế như than, củi, dầu lửa…

Từ năm 1993 lần lượt các công ty ELF gas Sài Gòn, Sài Gòn Petrol vàPetrolimex đã bước đầu đưa LPG trở lại thị trường.

Hiện nay do nhu cầu sử dụng gas ngày càng nhiều cùng với sự phát triển củacác thiết bị gas nên thị trường khí lỏng vẫn rất cao Ơ thành phố Hồ Chí Minh, để đápứng thị trường hàng năm, các công ty cung ứng gas tại thành phố phải nhập một sốlượng rất lớn ước tính như sau (số liệu theo Sài Gòn Petrol cung cấp)

Sản lượng gas nhập vào thành phố HCM (tấn/năm) :

1997 1998 1999 2000 2005

Dự báo nhu cầu sử dụng LPG tại một số thành phố lớn ở Việt Nam (tấn/năm)

Việc sử dụng khí gas trong dân dụng và sản xuất công nghiệp ngày càng cao

Do khả năng tiện lợi và an toàn nên gas đã dần thay thế các nhiên liệu khác trong vấn

đề chất đốt trong các hộ dân Hiện nay có khoảng 55% các hộ dân trong thành phố, sửdụng gas cho việc nội trợ Các ngành công nghiệp dần chú ý đến loại nhiên liệu này vìnhững ưu điểm của nó, chúng được ứng dụng vào việc: sấy thực phẩm, nung gốm sứ,

ấp trứng, hàn cắt, thanh trùng dụng cụ y tế, Trong thành phố, một số nhà máy, cơquan, xí nghiệp đã sử dụng gas hoá lỏng để thay thế các loại chất đốt khác như : Nhàmáy sành sứ Thiên Thanh, công ty dụng cụ y tế quận 8, xí nghiệp Đồng Tiến, xínghiệp liên hiệp xuất khẩu bóng bàn, công ty vệ sinh vv…

1500 5200

12000 22000

3500 12000 22600 44000

5500 19500

65600 72000

8000 26700 48300 92000

9600 35000 63400 114000

12200 50000 81000 140000

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000

1997 2000 2005 2010 2015 2020

ĐÀ NẴNG HẢI PHÒNG

HÀ NỘI TP HỒ CHÍ MINH

Tại nước ta hiện nay đã bắt đầu đi vào sản xuất gas Đầu năm 1999 nhà máy khíDinh Cô (Bà Rịa – Vũng Tàu) đã bắt đầu sản xuất gas - một mặt hàng mà hiện nay cảnước đang còn phải nhập khẩu với thuế suất khá cao (30%).

Theo điều tra khảo sát sơ bộ thì hiện nay nhu cầu sử dụng gas của cả nước ởvào khoảng 190.000 tấn/năm Như vậy nếu nhà máy khí Dinh Cố sản xuất đủ côngsuất thiết kế 300.000 tấn gas/năm thì lượng gas dư thừa hàng năm lên tới 100.000 tấn.Làm thế nào để giải quyết lượng gas dư thừa này ?

Theo ý kiến các chuyên gia kinh tế ngành dầu khí thì có 2 giải pháp để giảiquyết lượng gas thừa Giải pháp thứ nhất là tìm thị trường xuất khẩu gas, giải pháp thứhai là phải tìm cách tiêu thụ gas trên thị trường nội địa Trong 2 giải pháp vừa nêu thìgiải pháp thứ hai mang tính khả thi và hiệu quả kinh tế cao hơn

Thực tế cho thấy, hiện nay các nhà máy, xí nghiệp và các đơn vị vận tải … đềuđang sử dụng nguồn nhiên liệu điện, than, củi và đặc biệt nhiều nhất là xăng dầu.Trong khi đó mặt hàng xăng dầu hầu như ta đang phải nhập 100% tức là khoảng 6triệu tấn/năm Và cho dù sau này, nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất ra đời, trong nướcvẫn chưa thể đáp ứng nhu cầu của xã hội về sử dụng xăng dầu Do vậy phải khuyếnkhích các đơn vị sử dụng gas làm nhiên liệu thay cho xăng dầu Nếu làm được điềunày chúng ta vừa xuất khẩu tại chỗ mặt hàng gas, vừa hạn chế được nhập khẩu xăngdầu, tiết kiệm được một nguồn ngoại tệ lớn cho ngân sách của nhà nước Ngoài ra việcdùng gas thay cho than củi cũng mang một ý nghĩa xã hội rất lớn, góp phần cho côngtác trồng và bảo vệ rừng, ngăn chặn nạn chặt cây, phá rừng làm than củi trong nhândân

Dự báo nhu cầu sử dụng LPG cho giao thông ở Việt Nam (tấn/năm)

2005 2010 2015 2020

Có thể khẳng định rằng: việc sử dụng chất đốt bằng gas có hiệu quả kinh tế, xãhội và môi trường rất rõ Trước hết là giá gas sẽ rẻ hơn giá xăng dầu (khi Việt Namchính thức sản xuất được gas Hiện nay giá gas vẫn còn cao do phải nhập khẩu), vàmột ưu thế nữa là dùng gas không gây ô nhiễm như các loại xăng dầu khác, nhất làloại dầu FO thải ra nhiều khí bẩn và độc hại

Về khía cạnh môi trường, ta thấy rõ nhất qua việc sử dụng khí gas làm nhiênliệu trên động cơ xe cộ Khi mà số lượng xe cộ ngày càng tăng cao, các loại nhiên liệutruyền thống không thể đáp ứng về những yêu cầu về môi trường thì việc sử dụngnhiên liệu liệu khí là tất yếu Nhiên liệu khí gas có thể đảm bảo chất lượng khí thảisạch, không gây ô nhiễm môi trường, không hại đến sức khoẻ con người ….

Trong các năm qua đã có nhiều cố gắng sử dụng nhiên liệu khí làm nhiên liệu trênđộng cơ xe, mà điển hình là xe taxi Thu Ngân đã đi tiên phong trong lãnh vực này.Qua thực tiễn sử dụng, đã có kết quả tốt và hiệu quả kinh tế cao

Tóm lại chúng ta có thể thấy việc sử dụng gas thay thế cho xăng dầu ngày càngnhiều Điều này đã mở ra một hướng giải quyết tốt cho tình trạng thiếu nhiên liệutrong tương lai khi mà lượng xăng dầu trở nên cạn kiệt Và cũng là một biện pháp đểkhắc phục vấn đề nhập khẩu xăng dầu ở nước ta Do đó đòi hỏi chúng ta phải đầu tưnhiều vào việc khai thác, sản xuất và sử dụng tốt loại nhiên liệu này Nếu làm đượcnhư thế chúng ta đã góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành sản xuất dầu khí vàmang lại lợi ích kinh tế rất lớn cho đất nước

2.1.3 Ưu điểm của việc sử dụng khí LPG so với các loại khí khác

Ta có thể thấy rằng việc sử dụng khí LPG làm nhiên liệu có nhiều ưu điểm hơn

so với các loại khí khác Các ưu điểm đó như :

Nguồn khí LPG có sẵn tại các mỏ dầu Việt Nam với trữ lượng lớn và khả năngsản suất LPG lớn (nhà máy khí Dinh Cố 300.000 tấn/năm).

Áp suất sử dụng thấp hơn (20 bars) Trong khi các loại khí khác đòi hỏi một ápsuất rất cao, do đó cần phải dùng các thiết bị nén khí đặc biệt, tốn kém

Sản xuất và sử dụng đơn giản và an toàn hơn Để lưu trữ khí với áp suất cao đòihỏi chúng ta phải có bình chứa chắc chắn, dày và có các bộ phận an toàn khác Nếukhông đảm bảo có thể dẫn đến hậu quả như: khí bắt nhiệt gây cháy hay nổ bình, lượngkhí có thể thoát ra ngoài gây độc hại hay nếu thành bình không đủ dày có thể gây nổ

Do LPG ở áp suất thấp hơn nên việc sản xuất và sử dụng đơn giản, cấu tạo bình chứađơn giản và rẻ tiền hơn

Các động cơ sử dụng nhiên liệu LPG ở dạng khí nên không làm loãng lớp màngdầu nhờn bôi trơn trên bề mặt tiếp xúc của các cặp chi tiết làm việc như piston – xylanh, trục khuỷu – thanh truyền, làm tăng hiệu quả bôi trơn, tăng thời gian sử dụng dầunhờn đồng thời cũng làm tăng tuổi thọ của động cơ lên gấp 2 – 2,5 lần so với động cơ

sử dụng nhiên liệu lỏng

2.1.4 Kết luận

Từ các ưu điểm trên ta thấy việc sử dụng LPG sẽ mang lại hiệu quả cao hơn sovới các loại khí thiên nhiên khác Do đó, trong đề tài này chúng ta sẽ sử dụng LPG đểlàm nhiên liệu ứng dụng trên xe

Đặc điểm công tác của động cơ chạy bằng nhiên liệu khí: Những khái niệm cơbản về quá trình công tác của động cơ chạy bằng nhiên liệu khí hoàn toàn giống nhưđộng cơ Diesel và xăng

2.1.5 Các phương pháp sử dụng nhiên liệu khí để chạy động cơ đốt trong 2.1.5.1 Phương pháp thứ nhất

Chế tạo hẳn một loại động cơ chuyên chạy bằng nhiên liệu khí, trong đó có thểlợi dụng với mức cao nhất tất cả những tính chất tốt nhất của nhiên liệu Những loạiđộng cơ như vậy, ngay cả trong trường hợp sử dụng loại nhiên liệu khí có số nhiệtlượng trung bình (nhiệt trị thấp trung bình) vẫn đảm bảo động cơ có áp suất có ích cao

và lượng tiêu hao nhiên liệu thấp

2.1.5.2 Phương pháp thứ hai

Chuyển từ động cơ đang chạy nhiên liệu lỏng sang động cơ chạy bằng nhiênliệu khí hoặc bằng hai loại nhiên liệu: nhiên liệu chính là nhiên liệu khí còn nhiên liệulỏng dùng làm mồi đốt (động cơ gas diasel) Khi chuyển cách dùng nhiên liệu từ chỗđang chạy bằng nhiên liệu lỏng sang chạy bằng nhiên liệu khí, động cơ không cần thayđổi về mặt cấu tạo nhưng khi đó công suất của động cơ giảm, vì những tính chất tốtnhất của nhiên liệu không được lợi dụng hết

Đối với động cơ chạy bằng nhiên liệu khí việc hình thành khí hổn hợp có thểthực hiện hoặc ở bên trong hoặc ở bên ngoài xy lanh động cơ Nhưng đại đa số động

cơ chạy bằng nhiên liệu khí thường dùng phương pháp hình thành khí hỗn hợp ở bênngoài, vì phương pháp đó cho phép :

Dùng nhiên liệu khí được trong các động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng màkhông cần thay đổi cấu tạo của động cơ, đồng thời vẫn giữ nguyên được khả năng khichạy lại bằng nhiên liệu lỏng

Tạo ra một loại động cơ chuyên chạy bằng nhiên liệu khí trên cơ sơ của động

cơ sẵn có chạy bằng nhiên liệu lỏng (cải tiến)

Việc hòa trộn không khí với nhiên liệu khí được chuẩn bị trong một thiết bị đặcbiệt đó là bộ hỗn hợp khí (bộ mêlăngzơ)