C. Tâc động của lưu huỳnh
Ph ần 2: NHIễN LIỆU KHễ THIễN NHIễN NG
Khắ thiắn nhiắn lă nguồn năng lượng sơ cấp rất quan trọng. Trong những năm gần
đđy, sản lượng khắ thiắn nhiắn hăng năm trắn thế giới đạt xấp xỉ 2 tỉ Tĩp (1000m3 = 0,85Tep), tương đương khoảng 60% sản lượng dầu thô. Người ta ước tắnh đến năm 2020, sản lượng khắ thiắn nhiắn trắn thế giới sẽ lă 2,6 tỉ Tep/năm so với sản lượng dầu thô lă 3,5 tỉ Tep.
Trữ lượng khắ thiắn nhiắn hiện nay khoảng 150 tỉ Tep, xấp xỉ với trữ lượng dầu thô. Mặt khâc, khắ thiắn nhiắn có ưu điểm lă phđn bố gần như hầu khắp trắn địa cầu nắn
đảm bảo được sự cung cấp an toăn vă thuận tiện hơn dầu thô.
Khắ thiắn nhiắn hiện nay chủ yếu được sử dụng để sinh nhiệt gia dụng vă công nghiệp (sưởi, tạo nhiệt, công nghệ hóa học...). Tỉ lệ khắ thiắn nhiắn sử dụng trong lĩnh vực giao thông vận tải còn rất khiắm tốn.
Từ những năm 1990, việc nghiắn cứu sử dụng khắ thiắn nhiắn lăm nhiắn liệu đê
được thực hiện ở nhiều khu vực trắn thế giới. Khắ thiắn nhiắn được xem lă nhiắn liệu sạch vì vậy việc sử dụng nó để chạy động cơ ngoăi mục đắch đa dạng hóa nguồn nhiắn liệu nó còn góp phần lăm giảm ô nhiễm môi trường một câch đâng kể.
Khắ thiắn nhiắn thay nhiắn liệu lỏng truyền thống để chạy ô tô gọi tắt lă NGV. Phần sau đđy chúng ta sẽ nghiắn cứu những đặc trưng của NGV, tắnh năng kĩ thuật cũng như mức độ phât ô nhiễm của ô tô sử dụng nguồn năng lượng năy.
8.5. Những kết quả đê đạt được trắn thế giới về ô tô NGV
Trước hết, chúng ta sẽ nghiắn cứu trạng thâi khắ thiắn nhiắn có thể cung cấp vă chứa trong bình nhiắn liệu của ô tô vă sau đó chúng ta sẽđề cập đến tình hình sử dụng ô tô NGV hiện nay trắn thế giới.
8.5.1. Dạng khắ thiắn nhiắn có thể cung cấp vă chứa trong
bình nhiắn liệu ô tô
Khắ thiắn nhiắn có thể chứa trong bình nhiắn liệu của ô tô ở hai dạng: . Dạng khắ ở nhiệt độ môi trường vă âp suất cao (khoảng 200bar). . Dạng lỏng ở nhiệt độ -1610C vă âp suất môi trường không khắ.
Cùng một năng lượng như nhau, khắ thiắn nhiắn hóa lỏng có thể tắch vă khối lượng bình chứa nhỏ hơn khi nó ở dạng khắ (thường tỉ lệ 1:3 đối với thể tắch vă 1:3,7 đối với khối lượng). Tuy nhiắn, việc sử dụng khắ thiắn nhiắn ở trạng thâi lỏng cần có kĩ thuật lăm lạnh phức tạp, bình chứa phải được câch nhiệt hoăn toăn. Khi không còn được câch nhiệt, phải mở soupape an toăn (tâc động ở âp suất 6 bar) để cho khắ thiắn nhiắn thoât ra. Tình
Chương 8: Động cơ sử dụng nhiắn liệu khắ: một giải phâp lăm giảm ô nhiễm môi trường
147
trạng năy gđy tổn thất một bộ phận nhiắn liệu (có thể đến 1%) không cần thiết, nhưng nguy hiểm nhất lă sự chây nổ nếu sự bay hơi diễn ra trong môi trường không khắ kắn. Do vậy hiện nay trắn thế giới người ta thường dùng khắ thiắn nhiắn dạng khắ để chạy ô tô. Tuy nhiắn, ở một số nước như Mĩ, Úc... người ta đang tiếp tục nghiắn cứu sử dụng khắ thiắn nhiắn hóa lỏng để sử dụng trắn câc động cơ công suất lớn (xe tải, tău lửa, tău biển...).
8.5.2. Ô tô sử dụng nhiắn liệu khắ thiắn nhiắn NGV
Năm 1996 người ta ước tắnh có khoảng 1 triệu xe ô tô chạy bằng khắ thiắn nhiắn trắn thế giới. Hình 8.18 giới thiệu sự phđn bố lượng ô tô dùng nhiắn liệu khắ thiắn nhiắn ở
câc lục địa khâc nhau. Câc quốc gia sử dụng nhiều nhất lă CEI (Cộng đồng câc quốc gia
độc lập), Ý, Argentina, Canada, Newzealand, Mĩ. Trong năm 1996 người ta tắnh được 2700 trạm phđn phối NGV dưới dạng khắ nĩn, trong đó 600 trạm ở Canada vă Hă Lan
được lắp đặt mây nĩn gia dụng ngay tại nhă người sử dụng.
Con sốước tắnh năy sẽ thay đổi rất nhiều trong một tương lai gần vì người ta dự
kiến một sự gia tăng nhanh chóng cả về số câc quốc gia sử dụng (50 quốc gia văo năm 1996) cũng như số lượng ô tô sử dụng NGV ở từng nước. Theo ước tắnh, văo đầu những năm 2000, số lượng xe sử dụng NGV sẽ đạt đến 750.000 chiếc ở CEI, 300.000 chiếc ở
Canađa, 200.000 ở Nhật, 50.000 chiếc ở Phâp vă 200.000 chiếc ở Anh... Tuy nhiắn, dù số
lượng có tăng nhanh như vậy, ô tô sử dụng NGV cũng chỉđược chú ý trắn một số dạng xe dịch vụ công cộng (taxi, xe bus...) vì loại nhiắn liệu năy giúp cho động cơ lăm việc tốt hơn, ắt ồn, phât sinh ắt ô nhiễm hơn động cơ sử dụng nhiắn liệu lỏng.
8.6. Tắnh chất của NGV
Khắ thiắn nhiắn có thănh phần chủ yếu lă mĩthane (CH4 chiếm từ 80 - 90% tùy theo nguồn khai thâc). Vì vậy, tắnh chất của khắ thiắn nhiắn gần với tắnh chất của khắ mĩthane.
8.6.1. Thănh phần hóa học
Bảng 8.4 giới thiệu thănh phần tiắu biểu của một số mẫu khắ thiắn nhiắn từ một số
khu vực trắn thế giới. Ngoăi methane, những thănh phần hydrocacbure khâc theo thứ tự
thănh phần giảm dần: ĩthane (1-8%), propane (2%), butane vă pentane (nhỏ hơn 1%). Khắ thiắn nhiắn cũng chứa những chất khắ trơ như nitơ (10,8%), CO2 (0,2 - 1,5%). Trong những phần sau, chúng ta chỉ xĩt khắ NGV lă khắ thiắn nhiắn chứa ắt nhất 80% methane.
Chương 8: Động cơ sử dụng nhiắn liệu khắ: một giải phâp lăm giảm ô nhiễm môi trường
148
Hình 8.18: Sự phđn bố lượng ô tô sử dụng nhiắn liệu khắ trắn thế giới Bảng 8.4: Thănh phần của khắ thiắn nhiắn ở câc vùng khai thâc khâc nhau
Mĩthane Ethane Propane Butane C5+ Nitơ H2S CO2
Phâp 69,0 3,0 0,9 0,5 0,5 1,5 15,3 9,3 Algĩrie 83,7 6,8 2,1 0,8 0,4 5,8 - 0,2 Đông Đu 85,3 5,8 5,3 2,1 0,2 0,9 - 0,4 Irak 56,9 21,2 6,0 3,7 1,6 - 3,5 7,1 Mĩ 86,5 8,0 1,9 0,3 0,2 2,6 - 0,5 Indonesi a 65,7 8,5 14,5 5,1 0,8 1,3 - 4,1 8.6.2. Nhiệt trị
Thông thường, nhiệt trị của khắ thiắn nhiắn được tắnh theo kWh/m3 ở điều kiện thường (101,3 kPa vă 00C). Trong sử dụng NGV lăm nhiắn liệu cho ô tô, để tiện so sânh với nhiắn liệu cổ điển như xăng, Diesel, người ta thường tắnh nhiệt trị theo MJ/kg. Bảng 8.5 giới thiệu một văi giâ trị tiắu biểu PCI của khắ thiắn nhiắn từ câc vùng khâc nhau. Sự
chuyển đổi từ PCI thể tắch sang PCI khối lượng cần phải biết khối lượng riắng r(kg/m3). Tỉ
lệ nhiắn liệu/không khắ trong trường hợp chây hoăn toăn lắ thuyết có thể được xâc định theo thănh phần của khắ thiắn nhiắn (bảng 8.4).
Bảng 8.5: Nhiệt trị khi φ = 1 đối với câc mẫu khắ thiắn nhiắn
Xuất xứ khắ Khối lượng riắng ở thể khắ Tỉ lệ hỗn hợp chây hoăn toăn lắ thuyết PCI (kg/m3N) r (MJ/kg) (kWh/kg) (MJ/m3 N) (kWh/m3 N) Lacq 0,73 17,09 49,64 13,79 36,42 10,12 Algĩrie (Fos) 0,76 16,77 48,89 13,58 37,06 10,29 Algĩrie (Montoir) 0,80 16,79 48,95 13,60 39,40 10,94 Mer du Nord 0,81 15,63 45,46 12,63 36,80 10,22 URSS 0,74 16,53 47,99 13,33 35,70 9,92 Gronigue 0,82 13,87 40,27 11,19 33,17 9,21
Chúng ta có thể thấy rằng khắ thiắn nhiắn có nhiệt trị riắng khối lượng cao hơn (khoảng 10%) so với nhiắn liệu lỏng thông thường. Cùng hiệu suất như nhau, suất tiắu hao nhiắn liệu (tắnh theo khối lượng) của động cơ dùng NGV cũng giảm chừng ấy lần. Dĩ
Chương 8: Động cơ sử dụng nhiắn liệu khắ: một giải phâp lăm giảm ô nhiễm môi trường
149
Vì tỉ lệ nhiắn liệu/không khắ trong trường hợp chây hoăn toăn lắ thuyết thay đổi trong phạm vi tương đối rộng, từ 14 đến 17, tùy theo thănh phần của khắ thiắn nhiắn nắn trắn động cơ lăm việc với NGV, cần phải dự kiến những hệ thống điều chỉnh thănh phần hỗn hợp có thể lăm việc trong một dải tương đối rộng. Ngược lại, năng lượng chứa đựng trong hỗn hợp nhiắn liệu - không khắ, với độ đậm đặc như nhau, ắt phụ thuộc văo thănh phần khắ thiắn nhiắn, điều ấy cho phĩp duy trì công suất riắng của động cơ khi sử dụng câc nguồn khắ khâc nhau.
8.6.3. Chỉ số Wobbe
Chỉ số Wobbe W lă một đặc trưng được sử dụng từ lđu để so sânh tắnh năng tỏa nhiệt của hệ thống chây. Chỉ số Wobbe được tắnh theo biểu thức sau đđy:
W PCSd d = trong đó: PCS: nhiệt trị cao MJ/m3 d: Tỉ trọng của ga so với không khắ
Quan hệ giữa W vă tỉ lệ hỗn hợp trong trường hợp chây hoăn toăn lắ thuyết r rất có ý nghĩa thực tiễn:
r k.Cte W d
= .
k=0,95; Cte=0,90
Biểu thức năy cho thấy rằng r lă hăm đồng biến theo chỉ số Wobbe. Nếu chỉ số
Wobbe tăng, tỉ lệ chây hoăn toăn lắ thuyết, vă do đó độ đậm đặc của hỗn hợp, cũng tăng
đối với cùng sựđiều chỉnh hệ thống cung cấp nhiắn liệu khắ.
Vì vậy đối với nhă chế tạo ô tô, giâ trị của chỉ số Wobbe vă nhất lă sự thay đổi của nó từ mẫu khắ năy đến mẫu khắ khâc lă một thông tin cần thiết đối với sự điều chỉnh hệ
thống cung cấp nhiắn liệu cho động cơ.
8.6.4. Đặc điểm liắn quan đến quâ trình chây trong động cơ
So sânh một số tắnh chất đặc trưng của khắ thiắn nhiắn (chủ yếu lă khắ mĩthane) vă xăng được trình băy trắn bảng 8.6.