10 Năng suất tỏa nhiệt
10.2Năng suất tỏa nhiệt trên của khí tự nhiên
khí tự nhiên
Năng suất tỏa nhiệt trên của khí tự nhiên từ các nguồn khai thác khác nhau là không đồng nhất. Dữ liệu đưa ra dưới đây thu được từ Cơ quan Năng lượng ốc tế (International Energy Agency):[2]
• Nga: 38.231 kJ/m³
• Hoa Kỳ: 38.416 kJ/m³
• Canada: 38.200 kJ/m³
• Hà Lan: 33.320 kJ/m³
• Vương quốc Anh: 39.710 kJ/m³
• Indonesia: 40.600 kJ/m³ • Algérie: 42.000 kJ/m³ • Uzbekistan: 37.889 kJ/m³ • Ả Rập Saudi: 38.000 kJ/m³ • Na Uy: 39.877 kJ/m³ • Bangladesh: 36.000 kJ/m³
Năng suất tỏa nhiệt dưới của các nguồn khí tự nhiên nói trên bằng khoảng 90% năng suất tỏa nhiệt trên của chúng. 10.3 Nhiên liệu cần để thắp sáng một bóng 100W trong một năm (876 kWh) • 400 kg (876 lb) than đá • 230 kg (508 lb) dầu mỏ 20
10.5. THAM KHẢO-GHI CHÚ 21
• 170 kg (377 lb) hay 255 m³ khí tự nhiên
• 0,006 kg (.014 lb) urani
• 0,0000075 kg (0,000016 lb)Mặt Trời
10.4 Xem thêm
• Hiệu suất nhiên liệu
• Hiệu năng của than
• Năng lượng thực phẩm
• Chỉ số Wobbe
• Mật độ năng lượng
• Hiệu suất nhiệt
• Phản ứng tỏa nhiệt
• Nội năng
10.5 Tham khảo-ghi chú
[1] NIST Chemistry WebBook
[2] ống kê năng lượng thế giới (2005), trang 59
• “Carburants et moteurs”, J-C Guibet, Publication de l'Institut Français du Pétrole, ISBN 2-7108- 0704-1
Chương 11 Nhiên liệu
Nhiên liệu là vật chất được sử dụng để giải phóng
năng lượngkhi cấu trúcvật lýhoặchóa họcbị thay đổi. Nhiên liệu giải phóng năng lượng thông qua quá trình hóa họcnhư cháyhoặc quá trình vật lý, ví dụ
phản ứng nhiệt hạch,phản ứng phân hạch. Tính năng quan trọng của nhiên liệu đó là năng lượng có thể được giải phóng khi cần thiết và sự giải phóng năng lượng được kiểm soát để phục vụ mục đích củacon người. Mọi dạngsự sốngtrênTrái đất– từ những cấu trúcvi sinh vậtcho đếnđộng vậtvàcon người, đều phụ thuộc và sử dụng nhiên liệu là nguồn cung cấp năng lượng. Cáctế bàotrong cơ thể sống tham gia quá trình biến đổi hóa học mà qua đó năng lượng trong thức ăn hoặc ánh sángMặt trờiđược chuyển hóa thành những dạng năng lượng có thể duy trì sự sống.
Con người sử dụng nhiều cách thức nhằm biến đổi năng lượng ở nhiều hình thức thành những dạng phù hợp mới mục đích sử dụng phục vụ cuộc sống và các quá trình xã hội. Ứng dụng giải phóng năng lượng từ nhiên liệu rất đa dạng trong cuộc sống như đốt cháykhí tự nhiênđể đun nấu, kích nổxăng dầuđể chạyđộng cơ, biến năng lượng hạt nhân thànhđiện năng, v.v.. Các dạng nhiên liệu phổ biến được dùng làdầu hỏa,
xăng dầu, than đá, chấtphóng xạ, v.v..
• Gỗ, củi - hình thức nhiên
liệu đầu tiên của loài người
• an đá
• Dầu mỏ - nguồn chế tạo xăng
dầu
• Uranium - nhiên liệu
phóng xạ
11.1 Tham khảo 11.2 Liên kết ngoài
Chương 12
Nhiên liệu máy bay phản lực Nhiên liệu máy bay phản lựclànhiên liệutrong ngành
hàng khôngđược sử dụng cho cácmáy bay phản lực
hay cácđộng cơ phản lực(tuốc bin).
Nhiên liệu trong ngành hàng không có hai loại phân biệt rõ ràng, đó làxăng máy bay(AvGas) cho cácđộng cơ bốn thìvà nhiên liệu cho máy bay phản lực (JetGas) cho các động cơ của máy bay phản lực. Vì sự nguy hiểm trong việc nhầm lẫn loại nhiên liệu (chủ yếu trong môi trường các chuyến bay quốc tế đa ngôn ngữ), một loạt các biện pháp phòng ngừa được đưa ra để phân biệt hai loại nhiên liệu này. Xăng máy bay được đánh dấu rõ ràng trên mọi thùng chứa, và được phân phối từ các vòi màu đỏ vớiđường kính 40 milimét (49 milimét ở Mỹ). Chỗ tiếp liệu của các máy bay sử dụng động cơ đốt trong có đường kính không được phép vượt quá 60 milimét. Vòi phân phối JetGas có đường kính lớn hơn 60 milimét.
Nhiên liệu hàng không nói chung có chất lượng cao hơn các nhiên liệu sử dụng trong các ngành khác ít nguy hiểm hơn, chẳng hạn như trong việc cung cấp nhiệt để sưởi hay vận tải đường bộ. Ở nhiều nước, nhiên liệu sử dụng trong ngành hàng không là mặt hàng chịu biểu thuế khác so với các loại nhiên liệu khác.
12.1 Dầu máy bay
Ví dụ: {{Bài chi tiết|Điện ảnh Việt Nam}}
12.1.1 Chủng loại
Có nhiều chủng loại nhiên liệu phản lực dùng cho các loại máy bay phản lực, chomáy bay dân sựhay
quân sự. Tên gọi của nhiên liệu phản lực không giống nhau ở các nước khác nhau. ông dụng nhất là TRO (TR – Turboreactor) hoặc JP8 (JP – Jet Propelled), JET A1. Nhiên liệu phản lực là một hợp phần gồm các hydrocacbon từ C11-C18.
Nhiên liệu máy bay phản lực về mặt thương mại được phân loại như làJET A-1(sử dụng chủ yếu), JET A (chỉ ởMỹ) và JET B (sử dụng trong vùng cókhí hậulạnh).
Tất cả các nhiên liệu này đều là nhiên liệu trên cơ sở
dầu hỏa(kêrôsin) với một số các chất phụ gia bổ sung:
• Tetraetyl chì(TEL) để tăng điểm bắt lửa của nhiên liệu.
• Các chất chống ôxi hóa để ngăn ngừa quá trình gum hóa.
• Các chất chốngtĩnh điện
• Các chất ức chế ăn mòn.
• Các chất chống đóng băng.
• Các phụ gia sinh học (biôxít).
Trong quân sự, tồn tại một loạt các loại đặc biệt của nhiên liệu máy bay phản lực.
12.1.2 Tính chất
Nhiên liệu phản lực phải bơm liên tục vào buồng đốt sau khi qua một hệ thống lọc, tại đó nó được trộn lẫn, hoá hơi trong không khí nóng, bị nén và cháy liên tục để tạo ra một hỗn hợp khí xả chuyển động định hướng về phía sau động cơ làm quaytuốc binvà thoát ra thành dòng khí tốc độ cao, đẩy máy bay về phía trước. Cơ chế cháy của nhiên liệu phản lực không đòi hỏi nhiên liệu phải có những phẩm chất cao củaxăng. Những phẩm chất quan trọng nhất của nhiên liệu phản lực có liên quan đến khả năngbay hơi, nhiệt cháy, lưu tính, độ bền hoá học, tính tương hợp.
Lưu tính
Lưu tính của nhiên liệu phản lực có ý nghĩa quan trọng hơn ở xăng, vì độ an toàn của máy bay ở trong không trung, vì máy bay thường bay ở độ cao khoảng 10 km với nhiệt độ âm bốn năm mươiđộ bách phân, thậm chí ở
−60độ C, nghĩa là thùng đựng xăng của máy bay phản lực không siêu thanh có thể lạnh đến−30 đến−40 độ C. Nhiên liệu phản lực phải giữ được lưu tính cần thiết ở nhiệt độ thấp đó, cụ thể phải cónhiệt độ hoá đụcrất thấp, cóđộ nhớtnhỏ; muốn thế phải cótỷ khốikhông
24 CHƯƠNG 12. NHIÊN LIỆU MÁY BAY PHẢN LỰC
quá cao, chứa rất ítparafinnặng, gần như không chứa
nước, vì độ hoà tan của nước giảm nhanh khi hạnhiệt độ. Cụ thể:
• khối lượng riêng: 0,775 – 0,840g/ml
• độ nhớtở−20 độ C: < 8cSt
• T100: nhỏ hơn khoảng 300 độ C
• nhiệt độ đóng băng: khoảng−50 độ C trở xuống Ở nhiệt độ âm, nước hoà tan có thểkết tinh. Những tinh thể nước đá có thể làm tắc bộ lọc ở máy bay. Việc hạn chế lượng nước có trong nhiên liệu khó hơn việc làm tăng độ tan của nước, do làm giảm nhiệt độ kết tinh nước. Có thể tránh bớt sự kết tinh nước bằng cách dùng chất phụ gia chống nước kết tinh. Chúng thường là các chất lưỡng chứcête-rượudùng ở hàm lượng nhỏ hơn 1500ppm nhưtetrahydrfurfurol.
Điểm khói
Mặc dù làm việc ở chế độ nghèo, nhiên liệu vẫn có thể cháy không hoàn toàn, tạo muội than tích tụ trên cánh quạt tuôc bin, ở ống phun, làm cho động cơ hoạt động không ổn định, gây ồn, mài mòn, gây nóng động cơ vì sự lệch tâm và bởi cáctia nhiệt. Sự tồn tại muội than ở nhiệt độ cao gây ra độ phát sáng lớn, làm mất nhiệt bởi
quá trình bức xạđó. Như vậy, nhiên liệu phản lực phải có tính chất cháy tạo ít muội than.
Để đánh giá khả năng cháy đó người ta dùng đại lượng điểm khói và trị số phát sáng.Điểm khói(smoke point) còn được gọi là chiều cao ngọn lửa không khói. Đó là chiều cao, tính bằngmilimét, của ngọn lửa không khói đo được nhờ một đèn chuyên dụng có tên làđèn điểm khói(smoke point lamp) theo tiêu chuẩn ASTM D1322. Nói chung hydrocacbon có tỷ số H/C lớn cho ngọn lửa không khói cao, nghĩa là ngọn lửa ít khói. Cácaromatic
cháy cho nhiều khói nhất, còn các parafin cho ít khói hơn cả. Nhiên liệu phản lực cần có điểm khói tối thiểu khoảng 25mm. Về phương diện này, nhiên liệu có càng ít aromatic, càng giàu parafin càng tốt.
Trị số phát sáng (luminometer number) là đại lượng đặc trưng cho độ phát sáng của ngọn lửa và được xác định bằng cách so sánh với ngọn lửa của hỗn hợp tetralin (1,2,3,4-tetrahydronaphtalen) và isooctan với quy ước trị số phát sáng của chúng lần lượt là 0 và 100. Trị số phát sáng cao cho biết nhiên liệu cháy cho ít khói. Trị số phát sáng của nhiên liệu phản lực nằm trong khoảng 40-70. TRO có trị số phát sáng là 45. Trị số phát sáng được đo trong vùng quang phổ xanh nhờ lọc sáng và tế bào quang điện. Đó là một đại lượng được dùng ngày càng ít.
Độ bền ôxy hóa
Độ bền ôxy hoá nhiệt là một tính chất cần chú ý, vì nhiên liệu phản lực cần đi qua những chỗ có nhiệt độ khá cao trong máy bay, ví dụ được dùng làm chất làm lạnh đối với dầu bôi trơn, làm chất lỏng truyền động thuỷ lực. Ở máy bay phản lựcsiêu thanh, nhiệt độ bình nhiên liệu nóng lên khi bay. Nhiệt độ bình nhiên liệu có thể đạt 350độ C, khi máy bay có tốc độ Mach 3,5 (1 Mach bằngtốc độ âm thanhtrong không khí). Ở nhiệt độ cao, khi có mặtoxy, một sốhydrocacbonđặc biệt làolefin, gôm,mercaptanbị oxy hoá, tạo ra những chất ít tan và dễ tách ra ở dạng kết tủa rắn hoặc ở dạng gôm có hại.
Kỹ thuật đánh giá độ bền oxy hóa nhiệt phổ biến nhất là Jet Fuel ermal Oxidation Tester (JFTOT), ví dụ theo ASTM D3241. Mẫu được dẫn vào một ống bằng nhôm nóng tới 260 độ C dưới áp suất 34,5bar. Sau 150 phút, đo độ giảm áp khi cho mẫu đó qua một tấm lọc có các lỗ kích thước 17micron. Nhiên liệu JET A1 có độ giảm áp nhở hơn 33mbar. Người ta cũng dùng phương pháp đo lượng gôm và kết tủa tạo ra khi giữ mẫu nhiên liệu vào bom dưới áp suất oxy 7 bar ở 100 độ C trong một khoảng thời gian nhất định. Ở Nga người ta đo lượng nhựa (gôm) thực tế sau khi cho nhiên liệu bay hơi trong dòng không khí; lượng nhựa thực tế phải không vượt quá 3–6 mg/100 cm3.
Một số hợp chất dị nguyên tố có trong nhiên liệu có tác dụng chống oxy hoá cho nhiên liệu phản lực ở nhiệt độ thấp. Tuy nhiên trên 100 độ C chúng không còn là chất chống oxy hoá nhiệt. Có thể tăng độ bền ôxy hoá nhiệt bằng cách dùng chất phụ gia chống ôxy hoá. Một sốion kim loạilàm giảm độ bền oxy hoá nhiệt có lẽ vì tính xúc tác của chúng.
Nhiệt cháy
Bình nhiên liệu máy bay phản lực không siêu thanh có thể thiết kế với thể tích không quá hạn chế, nên nhiệt cháy khối lượng là đặc trưng được chú ý, trong khi đó người ta phải quan tâm nhiều hơn đến nhiệt cháy thể tích ở các máy bay phản lực siêu thanh, vì ở đây thể tích bình nhiên liệu phải càng nhỏ càng tốt.Nhiệt cháy thể tíchcàng lớn, máy bay có khả năng bay càng xa.
Khả năng bay hơi
Khả năng bay hơi của nhiên liệu vẫn là một tính chất quan trọng, nhưng không bị giới hạn một cách nghiêm ngặt, vì không khó thay đổi cấu trúc vật lý củađộng cơcho phù hợp với khả năng bay hơi của nhiên liệu. Chính vì thế mà vùngnhiệt độ sôicủa nhiên liệu phản lực khá rộng, khoảng 60-300độ C. Mỗi loại động cơ đòi hỏi một nhiên liệu có vùng nhiệt độ sôi hẹp hơn. Nhiệt độ T10 đặc trưng cho chế độ khởi động, T98 đặc trưng cho khả năng cháy hoàn toàn. Sự tăng khả năng bay
12.4. LIÊN KẾT NGOÀI 25
hơi gây nguy cơ tạo bóng khí, giảm nhiệt cháy thể tích, giảm tính bôi trơn, nhưng làm quá trình cháy thuận lợi hơn.
12.1.3 Chế xuất
Các phân đoạn kerosen, LPG, phần nặng của phân đoạn xăng chưng cất trực tiếp từ một số dầu mỏ parafin, dầu mỏ naphtin có thể dùng làm nhiên liệu phản lực sau không nhiều chế hoá và pha trộn các phân đoạn hoặc một số chất phụ gia. Hai quá trình chế hoá chủ yếu là loại hợp chấtlưu huỳnh, đặc biệt là ở dạng mercaptan bằng hydrotreating và loại parafin nặng có trong phân đoạn 200-300 độ C. ường nhiên liệu phản lực được tạo ra từ phân đoạn 145-240 độ C ít nhiều mở rộng hay thu hẹp, ví dụ nhiên liệu tốt và dùng phổ biến ở Nga TC-1 là sản phẩm thu được sau khi hydrotreating phân đoạn 130-250 độ C của dầu mỏ parafin.
Khác vớixăng, nhiên liệu phản lực dồi dào hơn nhiều so với nhu cầu. Ởchâu Âunhiên liệu phản lực chỉ chiếm khoảng 6%thị trườngdầu mỏ. Sau đây là một số yêu cầu phẩm chất và các đại lượng kỹ thuật cần có của nhiên liệu phản lực:
Chú thích:
• ASTM: Phương pháp xác định chỉ tiêu tiêu chuẩn của Mỹ
12.2 Xem thêm
• Nhiên liệu tên lửa
• Xăng máy bay
12.3 Tham khảo 12.4 Liên kết ngoài
Chương 13
Nhiên liệu sinh học Nhiên liệu sinh học(Tiếng Anh:Biofuels,tiếng Pháp:
biocarburant) là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật(sinh học) như nhiên liệu chế xuất từchất béocủa động thực vật (mỡ động vật,dầu dừa,…),ngũ cốc(lúa mỳ,ngô, đậu tương…),chất thảitrongnông nghiệp(rơm rạ,phân,…), sản phẩm thải trongcông nghiệp(mùn cưa, sản phẩm gỗ thải…),…
13.1 Phân loại chính
Nhiên liệu sinh học có thể được phân loại thành các nhóm chính như sau:
• Diesel sinh học(Biodiesel) là một loại nhiên liệu lỏng có tính năng tương tự và có thể sử dụng thay thế cho loại dầu diesel truyền thống. Biodiesel được điều chế bằng cách dẫn xuất từ một số loại dầu mỡ sinh học (dầu thực vật, mỡ động vật), thường được thực hiện thông qua quá trình transester hóa bằng cách cho phản ứng với các loại rượu phổ biến nhất là methanol.
• Xăng sinh học(Biogasoline) là một loại nhiên liệu lỏng, trong đó có sử dụngethanolnhư là một loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vàoxăngthay phụ gia chì. Ethanol được chế biến thông qua quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ như tinh bột, xen- lu-lô, lignocellulose. Ethanol được pha chế với tỷ lệ thích hợp với xăng tạo thành xăng sinh học có thể thay thế hoàn toàn cho loại xăng sử dụng phụ gia chì truyền thống.
• Khí sinh học(Biogas) là một loại khí hữu cơ gồm
Methanevà các đồng đẳng khác. Biogas được tạo ra sau quá trình ủ lên men các sinh khối hữu cơ phế thải nông nghiệp, chủ yếu là cellulose, tạo thành sản phẩm ở dạng khí. Biogas có thể dùng làm nhiên liệu khí thay cho sản phẩm khí gas từ sản phẩm dầu mỏ.
13.2 Ưu điểm
Trước kia, nhiên liệu sinh học hoàn toàn không được chú trọng. Hầu như đây chỉ là một loại nhiên liệu thay thế phụ, tận dụng ở quy mô nhỏ. Tuy nhiên, sau khi xuất hiện tình trạng khủng hoảng nhiên liệu ở quy mô toàn cầu cũng như ý thức bảo vệ môi trường lên cao, nhiên liệu sinh học bắt đầu được chú ý phát triển ở quy mô lớn hơn do có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí,than đá…):
• ân thiện vớimôi trường: chúng có nguồn gốc từ thực vật, mà thực vật trong quá trình sinh trưởng (quang hợp) lại sử dụng điôxít cácbon (là khí gâyhiệu ứng nhà kính- mộthiệu ứng vật lý
khiếnTrái Đấtnóng lên) nên được xem như không góp phần làm trái đất nóng lên.
• Nguồnnhiên liệu tái sinh: các nhiên liệu này lấy