- COOAB Màng
3. Ứng dụng nhiên liệukhí thiên nhiên cho các phương tiện giao thơng
Khí thiên nhiên được sử dụng làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thơng đầu tiên ở ý vào những năm 1930. Vào thập kỷ 1950, Pháp đã cĩ 10.000 phương tiện chạy nhiên liệu CNG. New Zealand, Canada, Mỹ đã cĩ thị trường về CNG vào những năm 1970 và 1980. Hiện nay, cĩ hơn 1.000.000 phương tiện giao thơng sử dụng nhiên liệu CNG ở 47 quốc gia trên tồn thế giới. Năm 1994 cĩ 2.700 trạm cung cấp CNG được báo cáo.
3.1. Biện pháp kỹ thuật
Thành phần hố học của khí thiên nhiên chủ yếu là CH4 (chiếm khoảng 80% đến 90% tuỳ theo nguồn khai thác). Nhiệt độ tự cháy của khí thiên nhiên cao (540oC)
hơn diesel (260oC), chỉ số cetane của khí thiên nhiên (≈4) thấp hơn diesel(450) rất nhiều, do đĩ khí thiên nhiên khĩ tự bốc cháy hơn diesel. Ngồi ra chỉ số octane của khí thiên nhiên cao hơn xăng. Vì vậy khí thiên nhiên là nhiên liệu tốt cho động cơ đánh lửa cưỡng bức. Các phương pháp chuyển đổi động cơ sử dụng nhiên liệu truyền thống sang sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên :
Động cơ xăng chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên, đốt cháy hỗn hợp bằng tia lửa điện của bugi
Động cơ xăng chuyển sang sử dụng đồng thời 2 nhiên liệu :khí thiên nhiên và xăng, đốt cháy hỗn hợp bằng tia lửa điện của bugi
Động cơ diesel chuyển sang sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên, đốt cháy hỗn hợp bằng tia lửa điện của bugi
Động cơ diesel chuyển sang sử dụng hỗn hợp nhiên liệu khí thiên nhiên và diesel, đốt cháy hỗn hợp bằng sự tự cháy của lượng nhiên liệu diesel phun mồi (từ 5% đến 25% lượng nhiên liệu định mức)
Các phương pháp tạo hỗn hợp của động cơ sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên: Sử dụng bộ chế hồ khí
Sử dụng phương pháp phun : phun tập trung hay phun riêng rẽ. Khí thiên nhiên sử dụng cho động cơ dưới các dạng sau:
Khí thiên nhiên nén (CNG - Compressed Natural Gas): khí thiên nhiên được nén dưới dạng khí ở áp suất cao (200kg/cm2) trong bình hình trụ
Khí thiên nhiên lỏng (LNG - Liquefied Natural Gas): khí thiên nhiên được trữ ở nhiệt độ thấp (-162 oC) trong bình cách nhiệt
Khí thiên nhiên hấp thụ (ANG - Asorbed Natural Gas): khí thiên nhiên được trữ ở áp suất vài chục kg/cm2 được hấp thụ vào một vật liệu ở bên trong bình chứa hình trụ
Khí thiên nhiên tổng hợp (SNG - Synthetic Natural Gas): khí thiên nhiên được tổng hợp từ nguyên liệu ban đầu là than đá
Trên động cơ ơtơ sử dụng khí thiên nhiên ở dạng nén (CNG) hoặc ở dạng lỏng (LNG).
3.2. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ CNG
3.3. Tính năng động cơ
So với xăng, nhiên liệu khí thiên nhiên cĩ chỉ số octane cao hơn nên cĩ thể tăng tỉ số nén, làm cho hiệu suất nhiệt tăng. Khí thiên nhiên cĩ nhiệt trị riêng khối lượng cao hơn so với nhiên liệu lỏng thơng thường. Cho nên cùng hiệu suất như nhau, suất tiêu hao nhiên liệu tính theo khối lượng của động cơ sử dụng khí thiên nhiên thấp hơn khi sử dụng các loại nhiên liệu lỏng khác.
Khi cải tạo động cơ diesel thành động cơ sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên thì momen cực đại, cơng suất cực đại cĩ giảm đi so với động cơ nguyên thủy.
3.4. Mức độ phát thải ơ nhiễm
Bảng 3. 3 So sánh thành phần Hydrocarbure trong khí thải của động cơ dùng xăng và dùng khí thiên nhiên.
(Mẫu được lấy phía trước bộ xúc tác, thử theo chu trình ECE + EUDC)
Chất gây ơ nhiễm Nhiên liệu Xăn g nhiên Khí thiên Methane 64 360 Ethylene 117, 4 40 Propylene 72,8 10,2 Butanes 12,9 10,3 But-1-ene 7,8 0 (Z)-But-2- ene 4,6 0 n-Pentane 15 0 Buta-1,3- diene 18 0 Benzen 65 0 Toluene 130, 1 0 (m+p)- Xylene 84,6 0 Ethane 28,3 50 Propane 100 45,6 Acetylene 57,9 20,0 (E)-But-2- ene 6,1 0 Isobutene 40 0 Isopentane 39,9 0 Propyne 15 0 Pen -1 - ene 8,7 0 Iso - o ctane 46,1 0 Ethylbenzen e 15,9 0 (o) - Xylene 19 0
(Khối lượng khí phát thải tính theo mg)
Ta thấy rằng động cơ sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên chỉ phát thải các chất hydrocarbure từ C1 đến C4, ít độc hơn so với các chất như benzene và toluene cĩ
trong thành phần khí xả của động cơ xăng.
Hình 3. 5 Nồng độ khí thải của động cơ CNG so với tiêu chuẩn
Hình 3. 6 Mức độ phát thải tổng cộng của động cơ sử dụng nhiên liệu Diesel, methanol và CNG
Hình 3.6 cho thấy mức độ phát thải của ơtơ chạy nhiên liệu CNG rất thấp so với tiêu chuẩn quy định. Nếu sử dụng nhiên liệu CNG thì mức độ phát thải tổng cộng chỉ bằng khoảng 16% so với nhiên liệu diesel. CNG là nhiên liệu thay thế cĩ nhiều nhiều triển vọng làm giảm ơ nhiễm mơi trường.
3.5. Khả năng áp dụng
Cũng như LPG, với điều kiện về kỹ thuật và kinh tế hiện nay, nước ta hồn tồn cĩ thể sử dụng khí thiên nhiên làm nhiên liệu cho động cơ ơ tơ.