- COOAB Màng
BÀI 3: ỨNG DỤNG KHÍ THIÊN NHIÊN NÉN (CNG) CHO ĐỘNG CƠ Ơ TƠ
MỤC TIÊU
Học xong bài này học viên cĩ khả năng:
- Mơ tả được cơng thức hố học và đặc điểm cấu tạo của nhiên liệu khí thiên nhiên nén (CNG).
- Giải thích chính xác được đặc điểm kỹ thuật của nhiên liệu khí thiên nhiên nén (CNG).
- Giải thích được các ưu nhược điểm và khả năng ứng của nhiên liệu khí thiên nhiên nén (CNG).
- Đề ra được các giải pháp để ứng dụng nhiên liệu khí thiên nhiên nén (CNG) làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong.
NỘI DUNGA. LÝ THUYẾT A. LÝ THUYẾT 1. Khí thiên nhiên
Là khí được khai thác từ các mỏ khí cĩ sẵn trong tự nhiên. Khí thiên nhiên được dùng cho động cơ đốt trong bao gồm khí cơng nghiệp lấy từ việc tinh luyện dầu mỏ, trong các lị luyện cốc, lị cao và khí lị gas lấy từ việc khí hố các nhiên liệu rắn trong các thiết bị đặc biệt.
Nhiên liệu khí thiên nhiên dùng cho động cơ cĩ những ưu khuyết điểm sau:
Ưu điểm:
Sản xuất đơn giản và an tồn hơn
Lượng khí thiên nhiên ở Việt Nam cĩ tiềm năng rất lớn
Thành phần khí xả của khí thiên nhiên so với nhiên liệu xăng và Diesel ít ơ nhiễm mơi trường hơn vì nĩ giảm được khí CO, lượng Hydrocacbon, lượng Sunfuadioxit SO2 và khơng cĩ chì Pb.
Khuyết điểm:
Việc bảo quản khí thiên nhiên địi hỏi phải kỹ lưỡng hơn vì nĩ được nén ở áp suất nhất định.
1.1. Sự hình thành khí thiên nhiên
Khí thiên nhiên được xem là “dry” khi nĩ gần như chỉ là Metan thuần khiết, các hydro các-bon cĩ liên quan đã được loại bỏ. Khi cĩ mặt các hydrocacbon khí thiên nhiên được cho là “wet”
Khí thiên nhiên được sử dụng cho nhiều mục đích khác như: sưởi ấm, sử dụng trong cơng nghiệp, dịch vụ thương mại.
Khí thiên nhiên được hình thành trong những túi chứa bên dưới lịng đất, nơi cĩ những mỏ dầu.
Hình 3. 1 Cấu trúc một mỏ khí thiên nhiên
Khi được mang từ dưới lịng đất lên khí thiên nhiên đã được tinh chế lại để lọc bỏ nước, đất cát và những hỗn hợp khác.
Khí thiên nhiên cũng là một nguồn năng lượng hố thạch giống như dầu và than đá. Đĩ là sự cịn sĩt lại của xác các cây cối, động vật và những vi sinh vật sống hàng triệu năm trước đây. Cĩ nhiều giả thuyết về nguồn gốc của sự hình thành các nguồn nhiên liệu hĩa thạch. Giả thuyết được cơng nhận rộng rãi nhất là được hình thành khi các chất hữu cơ quan trọng của xác động thực vật bị nén dưới lịng đất dưới một sức ép rất lớn trong một thời gian dài. Tương tự như sự hình thành của dầu mỏ, khí metan được hình thành từ các chất hữu cơ bị vùi lấp sâu dưới lịng đất tạo ra một sức nén lớn. Sức nén này kết hợp với nhiệt độ cao trong lịng đất theo thời gian làm phá vỡ những mối liên kết giữa các cacbon trong hợp chất hữu cơ. Càng xuống sâu dưới lịng đất dưới lớp vỏ trái đất nhiệt độ càng cao, và ở những nơi cĩ nhiệt độ thấp hơn dầu được hình thành nhiều hơn khí thiên nhiên, ở những nơi cĩ nhiệt độ cao hơn thì khí thiên nhiên được tạo ra.
Khí thiên nhiên cũng được hình thành thơng qua sự biến đổi của các chất hữu cơ bởi các vi sinh vật. kiểu khí metan này được gọi là “Metan biogenic”. Các vi sinh vật này thơng thường được tìm thấy ở những vùng gần mặt đất mà thiếu oxy. Metan được sản sinh ra sẽ bay vào trong khí quyển .
Ngồi ra khi metan được hình thành qua quá trình “biogenic”, ở sâu dưới vỏ trái đất, tồn tại một lớp khí giàu hydro và những phân tử cacbon. Chúng tương tác với các khống chất trong điều kiện thiếu oxy. Sự tác động này như một phản ứng hố học hình thành những phân tử và những hỗn hợp mà được tìm thấy trong khí quyển. Khi những chất khí này dư0wsi áp suất cao, di chuyển đến bề mặt của trái đất chúng cĩ dạng tiền metan.
1.2. Thành phần
Thành phần chủ yếu của khí thiên nhiên là: Metan CH4 70 - 90 % E-than C2H6 0 - 20 % Propane C3H8 Butan C4H10 Khí cacbonat CO2 0 8 % Oxi O2 0 0.2 % Nito N2 0 5 % Hydrua sulphide H2S 0 5 % Khí hiếm Ar, He, Ne, Xe
Khí thiên nhiên sử dụng cho động cơ ơtơ cĩ thể tồn tại dưới 2 dạng chính: Dạng khí ở nhiệt độ mơi trường và áp suất cao (200 bar): được gọi là Compressed Natural Gas (CNG). Khí được nén ở thể tích nhỏ hơn với một áp suất cao và chứa trong một bình chứa chắc chắn. Bình chứa được 40-50 lít khí.
Dạng lỏng ở nhiệt độ 610C và áp suất khí quyển: được gọi là Liquefied Natural Gas ( LNG ). Khí được làm lạnh ở nhiệt độ âm 1620C, áp suất khoảng 8,9 bar để chuyển sang trạng thái lỏng và chứa trong các bình cách nhiệt.
Bảng 3. 1 So sánh giữa 2 dạng tồn tại của khí thiên nhiên
Tỷ lệ LNG CNG
Khối
lượng 1 3,7
Thể tích 1 3
Tuy cĩ khối lượng cũng như thể tích nhỏ hơn nhưng việc bảo quản LNG cần địi hỏi các cơng nghệ cách nhiệt cũng như làm lạnh phức tạp hơn CNG.
1.3. Thành phần nguyên tố và nhiệt trị thấp của các loại khía. Nhiệt trị của nhiên liệu a. Nhiệt trị của nhiên liệu
Là số nhiệt lượng tỏa ra khi được đốt cháy hồn tồn một đơn vị khối lượng hoặc thể tích(kg hay m3) nhiên liệu. Nhiệt trị là một đặc tính rất phổ biến của nhiên liệu, nĩ xác định giá trị nhiên liệu dùng cho tất cả các loại động cơ. Căn cứ vào nhiệt trị thấp thì nhiên liệu thể khí cĩ thể chia làm 3 loại.