CHƢƠNG II : LỰA CHỌN NỒI HƠI VÀ TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT
2.2. Đặc điểm của nhiên liệu
Đặc tính của nhiên liệu
Khí biogas nhẹ gần bằng 1/2 khơng khí và có nhiệt độ bốc cháy khoảng 700oC. Khối lƣợng riêng = 0,94 kg/m3. Khí biogas trộn với khơng khí với tỉ lệ 1/20 sẽ trở thành khí nổ mạnh. Vì vậy, để lọt khí từ đƣờng ống ở trong khơng gian hẹp là rất nguy hiểm.
GVHD: Th.S Trương Quang Trúc 18
Thành phần các chất của khí biogas [2 - 7]
CH4 C2H6 CO2 N2 H2O H2S O2
57.5% 2,5524% 35.5% 0.327% 4% 0,099% 0,0216%
Thành phần có hàm lƣợng lớn nhất trong biogas là khí CH4 chiếm 55% đến 70%, đây là thành phần khí chủ yếu tạo ra năng lƣợng khi đốt. Trong đó bản thân metan là khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị nhẹ bằng 1/2 khơng khí và rất ít tan trong nƣớc. Ở 20o
C, 1at, chỉ có 3% thể tích metan tan trong nƣớc. Lƣợng CH4 chịu ảnh hƣởng bởi quá trình sinh học và loại phân nhà máy sử dụng nhƣ phân heo, phân trâu bò …. Trong biogas có chứa một ít H2S, nên làm cho nó có mùi hăng trứng thối khó chịu. Nhờ vậy ta cũng dễ dàng nhận thấy sự có mặt của khí biogas.
Các tạp chất trong biogas Carbon dioxide (COx)
COx là khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị. COx sinh ra do quá trình cháy khơng hồn tồn của các nhiên liệu có chứa cacbon.
C + O2 → COx [COx bao gồm CO, CO2].
Khí CO tiếp xúc với con ngƣời sẽ gây ra các triệu chứng nhức đầu, ù tai, chóng mặt, buồn nơn, mệt mỏi. Nếu bị nặng sẽ bị hơn mê, co giật, mặt xanh tím, chân tay mềm nhũ, phù phổi cấp.
Khí CO2 có lợi cho cây cối, nhƣng gây ra hiệu ứng nhà kính. Hydro sunfur (H2S)
H2S là khí khơng màu, có mùi trứng thối. H2S sinh ra do quá trình rác hữu cơ phân hủy các chất hữu cơ, các xác chết động thực vật, đặc biệt là ở các bãi rác, khu chợ, cống rãnh thoát nƣớc, sơng hồ ơ nhiễm, hầm biogas.
Khí H2S có trong biogas khi sử dụng sẽ tạo thành SOx làm ăn mòn các thiết bị trong nồi hơi và cịn gây ơ nhiễm mơi trƣờng khơng khí. Do vậy trƣớc khi sử dụng nhiên liệu biogas ngƣời ta thƣờng lọc trƣớc để giảm bớt lƣợng H2S gây hại cho thiết bị và con ngƣời.
Với con ngƣời, khi tiếp xúc với H2S sẽ cảm thấy khó chịu, nhức đầu, buồn nơn và mệt mỏi. H2S là khí gây ngạt vì chúng tƣớc đoạt oxy rất mạnh, khi hít phải nạn nhân có thể bị ngạt, bị các bệnh về phổi vì hệ thống hơ hấp bị kích thích mạnh do thiếu oxy, có thể gây thở gấp và ngừng thở. H2S ở nồng độ cao có thể gây tê liệt hơ hấp và nạn nhân bị chết ngạt.
GVHD: Th.S Trương Quang Trúc 19
Bảng 2.1 Các tính chất của các khí thành phần trong biogas
[http://luanvan.co/luan-van/nghien-cuu-trien-khai-thi-diem-mo-hinh-xu-ly-rac- thai-huu-co-tai-bai-rac-khanh-son-bang-cong-nghe-ham-biogas-va-su-dung- 29956/] Các tính chất vật lý Metan CH4 Carbon Dioxide CO2 Trọng lƣợng phân tử 16,04 44,01 Tỷ trọng 0,554 1,52 Điểm sôi 144oC 60,8oC Điểm đông -164,8oC -38,83oC Khối lƣợng riêng 0,94 kg/m3 1,82 kg/m3
Nhiệt độ nguy hiểm 64,44oC 48,89oC
Áp suất nguy hiểm 45,8 at 72,97 at
Nhiệt dung Cp (1atm) 6,92.10-4 J/kg oC
Tỷ lệ Cp/Cv 1,307 1,303 Nhiệt cháy 55,403 J/kg Giới hạn cháy 5 – 15% thể tích Tỷ lệ cháy hồn tồn trong khơng khí 0,0947 thể tích 0,0581 khối lƣợng
Nhiệt trị của nhiên liệu
Khí metan tinh khiết có nhiệt trị thấp khoảng (8555 kcal/m3
). Do biogas chứa 57,5% khí metan nên nhiệt trị của khí biogas nằm trong khoảng 4919,125 kcal/m3.
Ƣu thế của nhiên liệu biogas
Ngoại trừ năng lƣợng thủy điện và năng lƣợng hạt nhân, phần lớn năng lƣợng trên thế giới đều tiêu tốn nguồn dầu mỏ, than đá và khí. Tất cả các nguồn năng lƣợng này đều có hạn và nếu tốc độ sử dụng chúng nhƣ hiện nay sẽ bị cạn kiệt hoàn toàn vào cuối thế kỷ 21. Sự cạn kiệt của nguồn dầu mỏ thế giới và sự quan tâm về môi trƣờng ngày càng tăng đã dẫn đến sự nghiên cứu và phát triển nguồn năng lƣợng mới thay thế cho năng lƣợng dầu mỏ. Nhiên liệu biogas là một sự thay thế đầy tiềm năng cho nhiên liệu chính là dầu mỏ, đang cạn kiệt trong vòng khoảng 30 – 40 năm nữa. Những ƣu điểm vƣợt trội của nhiên liệu biogas:
GVHD: Th.S Trương Quang Trúc 20
Về mặt mơi trƣờng:
o Giảm lƣợng khí phát thải CO2 là nguyên nhân chính gây ra hiệu ứng nhà kính, tránh đƣợc các thảm họa về mơi trƣờng.
o Khơng có hoặc chứa rất ít các hợp chất của lƣu huỳnh (<0,001% so với đến 0,2% trong dầu dissel).
o Có khả năng tự phân hủy và khơng độc (phân hủy nhanh hơn Dissel 4 lần, phân hủy từ 85 – 88% trong nƣớc sau 28 ngày).
o Khí biogas khơng chứa chì gây tác hại đến sức khỏe con ngƣời, gây ơ nhiễm khơng khí và môi trƣờng.
o Giảm sự tiêu dùng các sản phẩm dầu mỏ. Về mặt kinh tế:
o Sử dụng nhiên liệu biogas ngồi vấn đề giải quyết ơ nhiễm mơi trƣờng nó cịn thúc đẩy ngành nơng nghiệp phát triển, tận dụng tiềm năng sẵn có của ngành nơng nghiệp nhƣ thúc đẩy phát triển chăn nuôi trang trại, tận dùng nguồn rác thải sẵn có.
o Đa dạng hóa nền nơng nghiệp và tăng thu nhập ở vùng nông thôn. o Hạn chế nhập khẩu nhiên liệu từ dầu mỏ, góp phần tiết kiệm cho quốc
gia một khoản ngoại tệ lớn.