Các động cơ đốt trong nói chung cũng như động cơ CNG, khí thải ra khỏi động cơ có nhiệt độ khá cao do đó nó mang theo một năng lượng nhiệt khá lớn. Trong đề tài này, năng lượng nhiệt khí thải trên động cơ CNG được tận dụng để cung cấp cho quá trình BĐNH một phần nhiên liệu CNG với hơi nước tạo khí giàu hydro cho động cơ. Theo các nghiên cứu về cân bằng nhiệt của ĐCĐT, nhiệt khí thải của động cơ có thể chiếm đến 25% tổng nhiệt lượng của nhiên liệu tiêu thụ
45
[11]. Với lượng nhiệt này cần phải tính tốn các thơng sốđầu vào BXT hợp lý nhất sao cho tạo ra lượng hydro là lớn nhất trong quá trình BĐNH nhiên liệu CNG với hơi nước. Vì CNG chứa đến 95% CH4 nên để đơn giản q trình tính tốn mơ phỏng, có thể giả thiết thành phần của CNG chỉ có CH4.
2.3. Phương pháp biến đổi nhiệt hóa CNG với hơi nước tận dụng nhiệtkhí thải
2.3.1. Các phương trình phản ứng
Như đã nói ở trên, trong các phương pháp tạo ra hydro từ CNG cũng như từ các loại nhiên liệu hydrocarbon khác thì phương pháp biến đổi nhiệt hóa với hơi nước cho hàm lượng và năng suất H2 cao nhất khi được cấp đủ nhiệt để duy trì nhiệt độ BXT từ 500oC. Do đó nếu tận dụng nhiệt khí thải để duy trì nhiệt độ BXT hoạt động thì phương pháp biến đổi nhiệt hóa CNG với hơi nước có hiệu quả cao nhất. Chính vì vậy đề tài chọn phương án BĐNH nhiên liệu CNG trên động cơ CNG với hơi nước nhờ tận dụng nhiệt khí thải để tạo H2 cho động cơ. Quá trình phản ứng xúc tác BĐNH nhiên liệu CNG với hơi nước diễn ra khá phức tạp, tuy nhiên có thểđược biểu diễn bởi 3 phản ứng chủ yếu sau đây:
CH4 + H2O = CO + 3H2 Phản ứng thu nhiệt mạnh CO + H2O = CO2 + H2 Phản ứng tỏa nhiệt ít CH4 + 2H2O = CO2 + 4H2 Phản ứng thu nhiệt mạnh
Có thể thấy phương pháp này cho năng suất tạo hydro cao. Tuy nhiên các phản ứng hóa học cần tiêu tốn một lượng nhiệt lớn để duy trì.
2.3.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống tạo ra và cung cấp H2 trên động cơ CNG
Sơ đồ hệ thống xúc tác BDNH nhiên liệu CNG với hơi nước nhờ tận dụng nhiệt khí thải để tạo khí giàu hydro và cung cấp cho động cơ được trình bày ở hình 2.2. Sơ đồ hệ thống gồm có động cơ CNG, BXT, các đường ống cấp nhiên liệu, cấp nước vào BXT và đường ống lấy khí giàu hydro cung cấp cho động cơ. Nhiên liệu và nước lần lượt được dẫn vào BXT qua các van điều chỉnh để có thể định lượng theo yêu cầu. Để tận dụng tối đa nhiệt của khí thải, BXT cần được đặt trong
46
mơi trường khí thải và đặt gần cửa thải, tức là được đặt gọn trong đường ống thải và khí thải đi cắt ngang qua bên ngồi các ống xúc tác của BXT đểtăng hiệu quả truyền nhiệt cho BXT. Khí giàu hydro sau khi ra khỏi BXT được đưa qua bộ làm mát và ngưng tụhơi nước đểtách hơi nước, làm khơ và hạ nhiệt độkhí trước khi đi vào đường ống nạp đểvào xi lanh động cơ.