CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU HYDRO
2.4. Các mơ hình tính tốn biểu diễn quá trình BĐNH CNG với hơi nước
2.4.2. Các phản ứng xúc tác biến đổi nhiệt hóa CNG với hơi nước
CNG là hỗn hợp của 90-97% CH4 và một số các-bua-hydro C2 và C3 và có tính chất chung gần với CH4 nên như đã nói ở trên, đểđơn giản q trình tính tốn ta coi CNG gồm chỉ CH4. Trong q trình phản ứng có rất nhiều phản ứng xảy ra [25] nhưng để đơn giản tính tốn người ta thường quan tâm đến các phản ứng cơ bản sau:
48
CH4 + H2O = CO + 3H2 ∆H1(298) = 206 kJ/mol (2-1) CO + H2O = CO2 + H2 ∆H2(298) =-41kJ/mol (2-2) CH4 + 2H2O = CO2 + 4H2 ∆H3(298) = 165 kJ/mol (2-3) Đây là quá trình phản ứng thu nhiệt mạnh, nghĩa là cần phải cung cấp một lượng nhiệt lớn (ít nhất là 206 kJ/mol nhiên liệu hay 12875 kJ/kg nhiên liệu, tương đương gần 26% nhiệt trị khối lượng của CNG) để phản ứng xúc tác có thể thực hiện được. Nếu như BXT được đặt trên động cơ và lượng nhiệt cần cung cấp này hoàn toàn được tận dụng từ nhiệt khí thải của động cơ thì hiệu quả biến đổi nhiên liệu CNG thành hydro được xác định như sau
% 100 8 8 2 2 × × × = C C H H Q m Q m H (2-4) H Hiệu quả biến đổi, mH2, mCNG lần lượt là số mol của H2 và CNG, Q H2= 286 kJ/mol, QCNG= 783 kJ/mol lần lượt là nhiệt trị của H2 và CNG Theo các phản ứng trên thì 1kmol CNG có thể tạo ra từ 3 đến 4 kmol hydro hay 1 kg CNG tạo ra 0,375 đến 0,5 kg H2 (phản ứng 2-3), tức là nếu không kể đến nhiệt tiêu tốn cho phản ứng (vì lấy nhiệt khí thải của động cơ) thì hiệu quả biến đổi CNG thành hydro có thể đạt tối đa từ109% đến 146%, trung bình là 127,5%. Điều này có nghĩa là hiệu suất nhiệt của động cơ sẽ tăng lên nếu sử dụng hydro tạo ra từ BXT tận dụng nhiệt khí thải.
Xét về nhiệt của khí thải thì như đã nói ở trên năng lượng nhiệt khí thải của động cơ chiếm khoảng 25% tổng nhiệt của nhiên liệu tiêu thụ, nên nếu tận dụng được 20% lượng nhiệt này để cung cấp cho BXT thì năng lượng khí thải của động cơ khi đốt của 1 kg CNG sẽđủđể biến đổi 0,2 kg CNG trong BXT thành hydro.
Chính vì vậy, việc sử dụng BXT tận dụng nhiệt khí thải để BĐNH nhiên liệu CNG với hơi nước để tạo nhiên liệu giàu hydro cho động cơ có ý nghĩa thực tiễn và kinh tế cao.
49