CHƯƠNG 4 NĂNG LƯỢNG MỚI SỬ DỤNG TRÊN ÔTÔ
4.2. Nhiên liệu khí thiên nhiên nén CNG, hóa lỏng LPG
4.2.1.2. Nhiên liệu hóa lỏng LPG
4.2.1.2.1. Giới thiệu.
LPG là viết tắt của cụm từ Liquefied Petroleum Gas để chỉ một loại khí gas hóa lỏng hay khí dầu mỏ hóa lỏng. Đây là một loại hỗn hợp khí hydrocarbon gồm thành phần chính là propan (C3H8) và butan (C4H10) với tỷ lệ pha trộn Propan-Butan khác nhau.
LPG có từ hai nguồn: từ các quặng dầu và các mỏ khí, được tách ra từ các thành phần khác nhau trong q trình chiết xuất từ dầu hoặc khí thiên nhiên. LPG có thể được hóa lỏng ở nhiệt độ bình thường bằng cách gia tăng áp suất vừa phải hoặc ở áp suất bình thường bằng cách sử dụng kỹ thuật làm lạnh để làm giảm nhiệt độ
4.2.1.2.2. Thành phần và tính chất.
• Thành phần
Thành phần của LPG chủ yếu là propan và butan ngồi ra có một số chất khác nữa nhưng rất ít do tinh chế chưa sạch hoặc là do cho thêm vào để cải thiện tính chất nào đó của LPG hoặc với mục đích nào đó (chất tạo mùi…). Thành phần của LPG thì có thể biến động theo từng cơ sở sản xuất và do ứng dụng của nó.
Nhưng thơng thường thì tỉ lệ propan: butan = 50:50 nhưng đôi khi là 30:70, 40:60 tùy thuộc cơ sở và mục đích sử dụng.
• Tính chất
Khơng màu, khơng mùi, khơng độc hại (nhưng được pha thêm chất Etylmecaptan có mùi đặc trưng để dễ phát hiện khi có rị xì gas)
Nhiệt độ sôi của gas thấp (từ - 45 đến – 200C) nên để gas lỏng tiếp xúc trực tiếp với da sẽ bị phỏng lạnh
Trong điều kiện nhiệt độ môi trường gas bốc hơi rất mãnh liệt, khi gas chuyển từ trạng thái lỏng sang hơi thì thể tích tăng đến 250 lần
37 Áp suất của gas phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường, khi nhiệt độ tăng thì áp suất gas sẽ tăng và ngược lại. Trong điều kiện nhiệt độ khu vực phía nam thì áp suất gas dao động trong khoảng từ 4 - 7 kg/cm2
Tỉ trọng của gas lỏng nhẹ hơn nước, khối lượng riêng trong khoảng DL= 0.51 - 0.575 Kg/Lít
4.2.1.2.3. Ưu và nhược điểm của nhiên liệu LPG.
• Ưu điểm:
- Tỏa năng lượng (nhiệt) khá cao: mỗi kg LPG cung cấp khoảng 12.000 kcal năng lượng, tương đương nhiệt năng của 2 kg than củi hay 1,3 lít dầu hỏa hoặc 1,5 lít xăng.
- Việc sản sinh ra các loại chất (khí NOx, SOx) khí độc và tạp chất trong q trình cháy thấp đã làm cho LPG trở thành một trong những nguồn nhiên liệu thân thiện với mơi trường.
- Dễ cháy vì thế nên hiệu suất cháy cao, cháy hồn tồn, ít gây ơ nhiễm
- Nhiệt độ cháy cao (có thể đạt 1900-1950oC) nên có thể nung chảy hầu hết mọi thứ. - Vận tốc bay hơi của LPG rất nhanh, dễ dàng khuyếch tán, hịa trộn với khơng khí thành
hỗn hợp cháy tốt.
- Vì có tương đối ít thành phần hơn nên dễ đạt được đúng tỷ lệ pha trộn nhiên liệu, cho phép sản phẩm cháy hoàn toàn. Việc này đã làm cho LPG có các đặc tính của một nguồn nhiên liệu đốt sạch.
- Cả Propane và Butane đều dễ hóa lỏng và có thể chứa được trong các bình áp lực. Những đặc tính này làm cho loại nhiên liệu này dễ vận chuyển, và vì thế có thể chun chở trong các bình hay bồn gas đến người tiêu dùng cuối cùng.
- LPG là loại nhiên liệu thay thế rất tốt cho xăng trong các động cơ đánh lửa. Trong một động cơ được điều chỉnh hợp lý, đặc tính cháy sạch giúp giảm lượng chất thải thoát ra, kéo dài tuổi thọ.
- Như một chất thay thế cho chất nổ đẩy aerosol và chất làm đông, LPG được chọn để thay cho fluorocarbon vốn được biết đến như một nhân tố làm thủng tầng ozone.
38 - Với các đặc tính là nguồn nhiên liệu sạch và dễ vận chuyển, LPG cung cấp một nguồn năng lượng thay thế cho các nhiên liệu truyền thống như: củi, than, và các chất hữu cơ khác. Việc này cung cấp giải pháp hạn chế việc phá rừng và giảm được bụi trong khơng khí gây ra bởi việc đốt các nhiên liệu truyền thống.
• Nhược điểm:
- Do hơi LPG có tỷ trọng với khơng khí lớn hơn 1 (Tỉ trọng LPG nhẹ hơn so với nước là: Butane từ 0,55 – 0,58 lần, Propane từ 0,5 – 0,53 lần; Ở thể hơi (gas) trong mơi trường khơng khí với áp suất bằng áp suất khí quyển, gas nặng hơn so với khơng khí: Butane 2,07 lần; Propane 1,55 lần) nên khi thốt ra ngồi sẽ bay là là trên mặt đất, tích tụ ở những nơi kín gió, những nơi trũng, những hang hốc của kho chứa, bếp…thậm chí là mặt nước rất dễ gây cháy nổ.
- Màu sắc: LPG ở trạng thái ngun chất khơng màu khơng có mùi nên khó nhận biết sự có mặt của nó (khắc phục nhược điểm này LPG được pha trộn thêm chất tạo mùi Mercaptan với tỉ lệ nhất định để có mùi đặc trưng nên có thể nhận biết bằng khứu giác). - LPG là loại nhiên liệu dễ cháy khi kết hợp với khơng khí tạo thành hỗn hợp cháy nổ. Đạt tới giới hạn nồng độ cháy, dưới tác dụng của nguồn nhiệt hoặc ngọn lửa trần sẽ bắt cháy làm phá hủy thiết bị, cơ sở vật chất, cơng trình.
- LPG tồn tại ở nhiệt độ thường với áp suất khá cao nên cần phải được bảo quản ở nơi có áp suất cao. Vì vậy địi hỏi các thiết bị chứa phải có độ bền cao
4.2.1.2.4. Quy trình sản xuất nhiên liệu hóa lỏng LPG.
• Khai thác và làm sạch khí
Ngun liệu để sản xuất khí gas là các dịng khí thiên nhiên khai thác được ở các mỏ dầu. Các loại khí thiên nhiên sau khai thác khơng thể sử dụng luôn mà phải được làm sạch bằng các phương pháp lắng, lọc… để loại bỏ tạp chất. Sau q trình làm sạch, loại khí ngun liệu cịn lại chủ yếu là các tổ hợp hydrocarbon gồm các thành phần như propan, butan, etan…
39 Hỗn hợp khí sau khi được làm sạch sẽ đem đi tách khí. Mục đích của cơng đoạn tách khí là để thu được các loại khí khác nhau trong hỗn hợp khai thác để pha trộn từng khí phù hợp với mục đích sử dụng.
Hiện nay, người ta có thể sử dụng nhiều kỹ thuật tác khí khác nhau như: hấp thụ, nén, làm lạnh từng bậc, làm lạnh bằng giãn nở khí,…Trải qua hệ thống dây chuyền tách khí sẽ thu được sản phẩm là khí propan và khí butan tương đối tinh khiết với nồng độ từ 96-98%.
• Pha trộn
Thơng thường khí ga hóa lỏng LPG có tỷ lệ pha trộn Propan:Butan là 30:70 hoặc 40:60 thường được sử dụng trong nấu nướng và sinh hoạt tại gia đình. Khi gas có tỷ lệ pha trộn 50:50 thì thường được sử dụng làm nguyên liệu trong các ngành cơng nghiệp: sản xuất ắc quy, nấu thủy tinh, đóng tàu,…
Do yêu cầu đảm bảo vận chuyển các loại khí này được hóa lỏng. Tuy nhiên, khi chuyển đổi ngược lại từ thể lỏng sang thể khí, khí gas này có tỷ lệ giãn nở rất lớn với 1 lít gas hóa lỏng cho ra khoảng 250 lít khí gas.
Chính vì lý do này mà người ta khơng bao giờ nạp đầy khí gas hóa lỏng vào các bồn chứa. Các bồn chứa thường được quy định chỉ chứa 80%-85% dung tích. Do đó, vấn đề xây dựng các bồn chứa khí gas hóa lỏng với dung tích lớn sẽ rất tốn kém chi phí đầu tư. Người ta ước tính để xây dựng một kho chứa gas hóa lỏng LPG có dung tích 1.000 tấn theo đúng tiêu chuẩn thì mức chi phí đầu tư có thể lên tới 60 tỷ đồng.