L ỜI CẢM ƠN
1.2.3.4. Hệ số giản nở khối
Hệ số giản nở khối là đại lượng thể tích tăng lên khi nhiệt độ của vật chất tăng lên 1 độ C.
Hệ số giản nở khối ở 15oC đối với Propan vào khoảng 0,0016 m3/oC còn đối với Butan là 0,0011 m3/oC. Do hệ số giản nở khối của Propan, Butan lớn (lớn gấp 15 ÷ 20 lần so với nước và lớn hơn rất nhiều so với các sản phẩm dầu mỏ khác) nên trong bồn chứa không được chứa 100% mức bồn mà chỉ chứa khoảng 80 ÷ 85 % dung tích toàn phần để có không gian cho LPG lỏng giãn nở khi nhiệt độ tăng.
1.2.3.5. Điểm bắt lửa
Là nhiệt độ tại đó nồng độ hơi của nhiên liệu trong không khí có thể bắt lửa khi có nguồn đốt, đối với LPG điểm bắt lửa rất thấp khoảng -76oC với n-Butan.
Bảng 1.9. Nhiệt độ tự bắt cháy của một số loại nhiên liệu tại áp suất khí quyển (oC)
STT Cấu tử Trong không khí Trong oxy
1 2 3 4 5 6 7 8 9 Propan Butan Axetylen Hydro Dầu DO Xăng Dầu hỏa Than cốc Metan 400 ÷ 580 410 ÷ 550 305 ÷ 500 550 ÷ 590 250 ÷ 340 280 ÷ 430 > 250 425 ÷ 650 630 ÷ 750 470 ÷ 575 280 ÷ 550 295 ÷ 440 560 > 240 > 240 > 240 > 240 800
Trường DDH Bà Rịa - Vũng Tàu
Nhiệt độ ngọn lửa của LPG và một số loại nhiên liệu khác như bảng 1.10.
Bảng 1.10. Nhiệt độ ngọn lửa của một số loại nhiên liệu
Nhiệt độ ngọn lửa (oC)
Trong không khí Trong oxy STT Nhiên liệu
Tính toán Đo Tính toán Đo
1 2 3 4 5 Propan Butan Axetylen Hydro Metan 2.000 2.000 1.960 1990 1.930 1900 2.325 2.045 1.925 2.850 2.850 3.200 2.980 2.800 2.740 3.150 2.660 2.720
1.2.3.6. Ẩn nhiệt hoá hơi
Ẩn nhiệt bay hơi của chất lỏng là lượng nhiệt cần thiết hấp thụ để bay hơi. Khi chất lỏng LPG bay hơi nó lấy đi một lượng nhiệt của khối chất lỏng, làm cho nhiệt độ của khối chất lỏng giảm đi tạo ra sự chênh nhiệt so với môi trường xung quanh.
Nhiệt độ giảm có thể tính được dựa vào nhiệt dung và nhiệt bay hơi cần thiết. Nhiệt dung của Propan là 0,58 Kcal/Kg.oC, của Butan là 0,55 Kcal/Kg.oC nhiệt bay hơi của Propan là 102 Kcal/Kg và Butan là 92 Kcal/Kg.
1.2.3.7. Nhiệt lượng cháy
Bảng 1.11. Nhiệt trị của LPG và một số loại nhiên liệu
STT Nhiên liệu, năng lượng Nhiệt lượng có ích, kcal/kg Nhiệt lượng toàn phần, kcal/ kg 11.080 10.930 11.530 28.800 9.880 10.250 10.400 10.500 7.900 5.800 12.030 11.830 11.950 34.000 10.500 10.900 11.100 11.300 8.050 5.850 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Propan Butan Axetylen Hydro Dầu DO Xăng Dầu hỏa Xăng Than củi Than cốc
Trường DDH Bà Rịa - Vũng Tàu
Hổn hợp LPG/không khí khi cháy sinh ra nhiệt lượng lớn và tượng đối sạch không để lại tạp chất.
Nhờ đặc tính này mà người ta có thể điều khiển năng lượng cho quá trình công nghệ sản xuất và các sản phẩm có chất lượng cao.
1.2.3.8. Giới hạn cháy nổ
Khí nhiên liệu chỉ cháy nổ với không khí khi được pha trộn với không khí theo một tỷ lệ nhất định, khoảng cháy nổ được xác định bởi giới hạn trên và giới hạn dưới. Giới hạn dưới ứng với lượng khí tối thiểu để tạo ra hổn hợp cháy nổ, giới hạn trên ứng với hổn hợp khí tối đa.
Đối với LPG để đốt cháy và phát nổ nếu được trộn lẫn với không khí theo tỷ lệ LPG/không khí: 5-15 % tương đương với LPG/Oxy là: 0,25-0,75.
Bảng 1.12. Giới hạn cháy nổ của LPGở nhiệt độ 15,6 oC và áp suất 1 bar
Thành phần Giới hạn dưới (% thể tích) Giới hạn trên (% thể tích) Propan thương phẩm 2,2 10,0 Butan thương phẩm 1,8 9,0 Khí metan 5,0 40,0 Khí thiên nhiên 5,0 15,0 1.2.3.9. Trị số octan và độ nhớt
Trị số octan của LPG rất cao. Trị số octan của propan và butan theo tiêu chuẩn ASTM được trình bày trong bảng 1.13.
Bảng 1.13. Trị số octan của propan và butan
Trị số octan ASTM Thành phần
LPG Phương pháp động cơ D-357 Phương pháp nghiên cứu D-908 Propan Butan 99,5 89,1 111,4 94 LPG có độ nhớt rất thấp, ở 20oC độ nhớt của LPG là 0,3 cSt. Do vậy, LPG có tính linh động rất cao, có thể rò rỉ, thẩm thấu ở những nơi mà nước và xăng dầu không rò rỉ nên dễ làm hỏng dầu mỡ bôi trơn tại các vị trí làm kín không tốt.
1.2.3.10. Chỉ tiêu chất lượng LPG thương phẩm
LPG hoàn toàn không gây độc cho con người, không gây ô nhiễm môi trường, khi bị rò rỉ ra ngoài môi trường kín sẽ chiếm chỗ của không khí và có thể gây ngạt.
Trường DDH Bà Rịa - Vũng Tàu
LPG còn là nhiên liệu rất sạch: hàm lượng lưu huỳnh thấp (< 0,02%), khi cháy chỉ tạo ra khí CO2 và hơi nước, lượng khí độc SO2, H2S, CO của quá trình cháy là rất nhỏ, không gây ảnh hưởng tới môi trường.
LPG ở thể lỏng và hơi đều không màu, không mùi. Vì lý do an toàn nên LPG được pha thêm chất tạo mùi để dễ phát hiện rò rỉ. Các nhà sản xuất trộn vào LPG những chất tạo mùi đặc trưng. Theo đa số các tiêu chuẩn an toàn, chất tạo mùi và nồng độ pha chế phải thích hợp sao cho có thể phát hiện được trước chỗ hơi rò đạt nồng độ bằng 1/5 giới hạn nổ dưới. Khi trong không khí có khoảng 0,5% hơi LPG đã có thể ngửi thấy mùi. LPG thương mại thường được pha thêm chất tạo mùi etyl mecaptan vì khí này có mùi đặc trưng, hòa tan tốt trong LPG, không độc, không gây ăn mòn kim loại và tốc độ bay hơi gần với LPG.
Bảng 1.14. Chỉ tiêu chất lượng LPG
Các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Mức quy định
Thành phần, % mol: C5+ Propan Butan C2- < 2 % 30 40 6070 < 3 %
Áp suất hơi tại 37,8oC, kPa 480 - 820
Tỷ trọng ở 15/4 oC , max 0,5533
Độ ăn mòn tấm đồng ở 37,8oC, C/1h N - 1
Nhiệt trị, KCal/Kg 9,55213,134
Hàm lượng lưu huỳnh, ppm, max 170
Nước tự do 0
Hàm lượng hydrosunfit, ppm “Âm tính” (đạt)
1.2.4. Các ứng dụng quan trọng của LPG
Thành phần chủ yếu của LPG là propan và butan, được sản xuất bằng cách nén khí đồng hành hoặc khí từ các quá trình chế biến dầu mỏ ở các nhà máy lọc dầu. Việc ứng dụng LPG thương phẩm thường phân chia thành 4 loại chính:
Trường DDH Bà Rịa - Vũng Tàu
- Propan thương phẩm: làm nhiên liệu cho động cơ hoạt động ở những điều kiện khắc nghiệt của môi trường (áp suất cao, nhiệt độ thấp).
- Butan thương phẩm: Sử dụng làm nhiên liệu đòi hỏi sự bay hơi trung bình. - Propan chuyên dùng: Là sản phẩm có chất lượng cao sử dụng trong các động cơ đốt trong, đòi hỏi nhiên liệu có khả năng chống kích nổ cao.
- Hỗn hợp propan – butan: sử dụng làm nhiên liệu đòi hỏi sự bay hơi trung bình. Hỗn hợp propan – butan là thích hợp cho việc chế biến thành sản phẩm khí đốt gia dụng vì chúng có áp suất hơi bão hoà và nhiệt độ bay hơi thích hợp trong các điều kiện sinh hoạt cụ thể.
LPG có nhiệt cháy cao mặc dù tỷ trọng butan lớn hơn tỷ trọng propan nhưng nhiệt trị tương tự nhau và nằm trong khoảng 11300 ÷ 12000 kcal/kg; tương đương nhiệt trị của 1,5 ÷ 2 kg than củi; 1,3 lít dầu mazut; 1,35 lít xăng.
Với những đặc tính trên, LPG được sử dụng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống. Một cách tương đối có thể phân chia các ứng dụng của LPG như sau:
- Sử dụng LPG trong dân dụng: nhiên liệu cho các bếp ga, lò nướng thay thế điện trong các bình đun nước nóng trong gia đình, trong các hệ thống sưởi ấm nhà ở, chiếu sáng, giặt là…
- Sử dụng LPG trong các nhà hàng: sử dụng trong các bếp công nghiệp, lò nướng, đun nước nóng…, cho các lò nướng công nghiệp với công suất lớn, cho các bình nước nóng trung tâm (cung cấp nước nóng cho hệ thống).
- LPG được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành công nghiệp: gia công kim loại, hàn cắt thép, nấu và gia công thủy tinh, lò nung sản phẩm silicat. Khử trùng đồ hộp, lò đốt rác, sấy màng sơn...
- Sử dụng LPG trong nông nghiệp: sử dụng để sấy nông sản, ngũ cốc, thuốc lá, sấy chè, sấy cà phê, lò ấp trứng, đốt cỏ, sưởi ấm nhà kính…
- Sử dụng LPG trong giao thông: là nhiên liệu lý tưởng thay thế cho động cơ đốt trong vì trị số octan cao, giá thành rẻ, ít gây ô nhiễm môi trường, đơn giản hóa cấu tạo động cơ. Nó làm giảm đáng kể sự thoát khí ở xe tải, làm nhiên liệu đốt trong thay xăng cho các xe du lịch, xe taxi. Ở một số nước tiên tiến dùng LPG hoá lỏng thay xăng pha chế vừa hạn chế độc hại trong sử dụng đối với con người, vừa kinh tế.
- LPG được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ và hoá dầu như: sử dụng trong công nghệ tinh chế và sản xuất dầu nhờn, n-butan thêm vào để tăng
Trường DDH Bà Rịa - Vũng Tàu
tính bay hơi và chỉ số octan của nhiên liệu. Một trong những ứng dụng quan trọng khác của LPG là sử dụng làm nguyên liệu hoá học để tạo ra những polyme trung gian như: polyetylen, polyvinyl clorua, polypropylen và một số chất khác. Đặc biệt để sản xuất MTBE là chất làm tăng trị số octan thay thế cho hợp chất pha chì trong xăng đã phát triển trong một vài năm gần đây.
- Sử dụng cho nhà máy phát điện: dùng LPG chạy các tuabin để sản xuất ra điện phục vụ cho các ngành công nghiệp khác đem lại hiệu quả kinh tế cao và vốn đầu tư xây dựng ban đầu đối với công nghệ này là thấp hơn so với công nghiệp thuỷ điện và nhiệt điện.
1.2.5. 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 đã được phát triển và thương mại hóa từ những năm 1950. Trước đây, chúng được dùng chủ yếu cho công nghiệp và sinh nhiệt gia dụng. Việc nghiên cứu sử dụng LPG trên phương tiện giao thông vận tải mới được tiến hành trong những thập niên gần đây. Để góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường không khí, một số nước đã áp dụng chính sách thuế 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 trên thế giới.
Hình 1.1. Tỷ lệ ôtô sử dụng LPG tại một số nước trên thế giới
Quá trình cháy của LPG diễn ra thuận lợi hơn nhiều so với xăng do hỗn hợp được hòa trộn tốt. Mặt khác LPG ở thể khí trong điều kiện khí trời nên không có lớp
Trường DDH Bà Rịa - Vũng Tàu
nhiên liệu lỏng ngưng tụ trên thành xy lanh hay thành đường ống nạp do đó giảm thành phần các chất khí chưa cháy trong khí thải động cơ. Thực nghiệm cho thấy ôtô chạy bằng LPG dễ dàng thỏa mãn những tiêu chuẩn khắt khe nhất của luật môi trường hiện nay. Trong điều kiện hoạt động bình thường, ôtô chạy bằng LPG có mức độ phát ô nhiễm giảm 80% đối với CO, 55% 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 năng lượng sử dụng cho giao thông vận tải.
Do LPG có các đặc tính kỹ thuật như có tính chống kích nổ cao, không có chì (khi so với xăng pha chì) nên sản phẩm cháy không có muội than, không có hiện tượng đóng màng nên động cơ làm việc với LPG ít gây kích nổ hơn, ít gây mài mòn xy lanh, piston, segment, và các chi tiết kim loại khác trong động cơ.
Hình 1.2. Biểu đồ so sánh khí thải của các xe chạy bằng xăng, diesel và LPG
1.2.6. Thị trường LPG Việt Nam1.2.6.1. Nguồn cung LPG 1.2.6.1. Nguồn cung LPG
Trong nước, LPG do nhà máy xử lý khí Dinh Cố (Bà Rịa-Vũng Tàu) sản xuất đáp ứng khoảng 30-35% nhu cầu thị trường LPG Việt Nam. Sản lượng LPG năm 2008 là 200000 tấn. Dự kiến sản lượng LPG Dinh Cố giảm dần xuống còn 173000 tấn vào năm 2015, tăng trở lại mức 279000 tấn vào năm 2020 và đạt mức 230000 tấn vào năm 2025 (số liệu báo cáo đầu tư dự án Kho LPG lạnh Thị Vải của PVGAS). Sản phẩm
Trường DDH Bà Rịa - Vũng Tàu
LPG của nhà máy Dinh Cố đã được Quatest 3 cấp chứng nhận phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế ASTM D 1835-03.
Hình 1.3. Nhà máy xử lý khí Dinh Cố
Kể từ năm 2009, thị trường LPG Việt Nam có thêm nguồn cung LPG mới từ nhà máy lọc dầu Dung Quất. Từ tháng 7/2009, nhà máy lọc dầu Dung Quất đã chính thức cung cấp LPG cho thị trường với sản lượng khoảng 130000 tấn (năm 2009), các năm tiếp theo sẽ cung ứng cho thị trường khoảng 300000 đến 450000 tấn/năm.
Sản lượng LPG sản xuất nội địa trong năm 2011 đạt 1.250.000 tấn. Trong giai đoạn 2012 – 2015, Tổng Công ty Khí Việt Nam – CTCP – PV GAS có mục tiêu giữ vững thị phần LPG trong nước trên 70%; Hàng năm, Việt Nam vẫn phải nhập khẩu thêm LPG từ các quốc gia lân cận như Thái Lan, Malaysia, Singapore, Đài Loan, Trung Quốc. Tuy nhiên trong những năm gần đây, nguồn cung LPG cho thị trường Việt Nam từ các nước trong khu vực Đông Nam Á ngày càng trở nên khan hiếm và không ổn định. Dự kiến trong tương lai, nguồn cung LPG nhập khẩu cho thị trường Việt Nam sẽ chủ yếu từ các nước thuộc khu vực Trung Đông.
Cả nước hiện có khoảng 80 doanh nghiệp tham gia thị trường kinh doanh LPG, bán ra khoảng một triệu tấn gas/năm.
1.2.6.2. Nhu cầu LPG
Miền Nam vẫn được xem là thị trường lớn nhất và có nhu cầu tiêu thụ cao nhất, chiếm khoảng 66% nhu cầu LPG của cả nước, miền Bắc và miền Trung chiếm khoảng 30% và 4%.
Trường DDH Bà Rịa - Vũng Tàu
Hình 1.4. Biểu đồ thể hiện sản lượng tiêu thụ LPG tại Việt Nam và mức tăng trưởng
tiêu thụ LPG hàng năm ở Việt Nam từ năm 1991 đến năm 2008
Bảng 1.15. Nhu cầu tiêu thụ LPG tại VN giai đoạn từ 1991 – 2008
Nhu cầu tiêu thụ LPG tại VN giai đoạn từ 1991-2008
Năm Tiêu thụ (tấn) Tăng trưởng (lần) Năm Tiêu thụ (tấn) Tăng trưởng (lần) 1991 400 - 2000 322375 1,47 1992 2000 5,00 2001 399594 1,24 1993 5000 2,5 2002 517554 1,30 1994 16330 3,27 2003 612198 1,18 1995 49500 3,03 2004 732031 1,20 1996 91000 1,84 2005 783706 1,07 1997 130000 1,43 2006 809640 1,03 1998 171013 1,32 2007 890419 1,10 1999 218689 1,28 2008 887269 0
Tăng trưởng trung bình năm giai đoạn 1991-1999 (lần/năm) 1,47 Tăng trưởng trung bình năm giai đoạn 2000-2008 (lần/năm) 1,18
Trường DDH Bà Rịa - Vũng Tàu
Thị trường LPG tại Việt Nam tăng trưởng rất nhanh trong những năm qua: năm 1995 chỉ tiêu thụ 49.500 tấn, năm 2000 tăng lên thành 322.375 tấn, năm 2005 là 783.706 tấn, năm 2011 đạt 1.250.000 tấn. Dự kiến năm 2012 tỷ lệ tăng trưởng về nhu cầu tiêu thụ LPG sẽ đạt 3%. Đến năm 2015 nhu cầu LPG khoảng 2 triệu tấn. Với dự báo trên, thị trường LPG Việt Nam hứa hẹn tiềm năng phát triển to lớn.
1.2.7. Công nghệ sản xuất LPG
LPG được sản xuất từ hai nguồn nguyên liệu:
- Từ khí tự nhiên và khí đồng hành. Trong trường hợp này, các cấu tử chính trong LPG chủ yếu là các hydrocacbon no: propan, n-butan và iso-butan. Trên thế giới tổng sản lượng LPG thu được từ khí đồng hành chiếm 62%.
- LPG nhận được từ các quá trình chế biến dầu thô. Thành phần của LPG bao gồm cả những hợp chất no (propan, n-butan và iso-butan) và cả những hợp chất không no như propen và buten.
Tùy thuộc vào chất lượng nguyên liệu khí đầu vào, yêu cầu chất lượng của sản phẩm LPG đầu ra, điều kiện công nghệ, … mà trong từng trường hợp người ta có thể