- Khụng độc hại, gõy ăn mũn.
2.3.3. Những tớnh chất cơ bản của nhiờn liệu khớ
a) Nhiệt trị
Nhiệt trị của nhiờn liệu khớ là nhiệt lượng thu được khi đốt chỏy 1m3 tiờu chuẩn nhiờn liệu khớ. Như cỏc loại nhiờn liệu khỏc thỡ nhiệt trị là tớnh chất quan trọng của nhiờn liệu khớ, nú ảnh hưởng trực tiếp cụng suất của động cơ. Nhiệt trị cú thể xỏc định trực tiếp bằng phương phỏp đo nhiệt trị, hoặc cú thể tớnh giỏn tiếp bằng cụng thức Men-đờ-lờ-ộp:
Qtm = 12,8CO + 10,8H2 +35,8CH4 + 56,0C2H2 + 59,5C2H4 + 63,4C2H6 + 91,0C3H8 + 120,0C4H10 + 144,0C5H12 (MJ/m3 tiờu chuẩn).
b) Áp suất bay hơi bảo hoà
Áp suất bay hơi bảo hũa là ỏp suất cõn bằng giữa thể lỏng và thể hơi ở nhiệt độ nhất định (37,8oF). Áp suất bay hơi bảo hũa càng lớn, khi đú để tăng lượng khớ lưu trữ trong một thể tớch nhất định càng phải nộn ở ỏp suất cao. Áp suất bay hơi bảo hũa phụ thuộc vào phõn tử lượng của chất khớ, mờtan (CH4) cú ỏp suất bay hơi bảo hũa lớn nhất trong cỏc loại hyđrocacbon.
c) Tớnh chống kớch nổ
Cũng giống như nhiờn liệu xăng, nhiờn liệu khớ phải cú tớnh chống kớch nổ cao và so với xăng thỡ cỏc nhiờn liệu thể khớ cú khả năng chống kớch nổ cao hơn, trị số octan RON thường lớn hơn 100.
2.3.4. Khớ nộn CNG
Khớ thiờn nhiờn được tạo ra từ sinh vật phự du, cỏc vi sinh vật sống dưới nước bao gồm tảo và động vật nguyờn sinh. Khi cỏc vi sinh vật này chết đi và tớch tụ trờn đỏy đại dương, chỳng dần bị chụn đi và xỏc của chỳng được nộn dưới cỏc lớp trầm tớch. Trải qua hàng triệu năm, ỏp suất và nhiệt do cỏc lớp trầm tớch chồng lờn nhau tạo nờn trờn xỏc cỏc loại sinh vật này đó chuyển húa húa học cỏc chất hữu cơ này thành khớ thiờn nhiờn. Do dầu mỏ và khớ thiờn nhiờn thường được tạo ra bằng cỏc quỏ trỡnh tự nhiờn tương tự nhau, hai loại hydrocarbon này thường được tỡm thấy cựng nhau ở trong cỏc bể chứa ngầm tự nhiờn. Sau khi dần được tạo nờn trong lũng vỏ Trỏi Đất, dầu mỏ và khớ thiờn nhiờn đó dần chui vào cỏc lỗ nhỏ của cỏc tầng đỏ xốp xung quanh, những tầng đỏ xốp này cú vai trũ như cỏc bể chứa tự nhiờn. Do cỏc lớp đỏ xốp này thường cú nước chui vào, cả dầu mỏ và khớ tự nhiờn, vốn nhẹ hơn nước và kộm dày đặc hơn cỏc tầng đỏ xung quanh nờn chỳng chuyển lờn trờn qua lớp vỏ, đụi khi cỏch xa nơi chỳng được tạo ra. Cuối cựng, một số hydrocacbon này bị bẫy lại bởi cỏc lớp đỏ khụng thấm (đỏ khụng xốp), cỏc lớp đó này được gọi là đỏ “mũ chụp”. Khớ thiờn nhiờn nhẹ hơn dầu mỏ, do đú nú tạo ra một lớn nằm trờn dầu mỏ. Lớn khớ này được gọi là “mũ chụp khớ”. Cỏc lớp than đỏ cú chứa lượng mờtan đỏng kể, mờtan là thành phần chớnh của khớ thiờn nhiờn. Trong cỏc trữ lượng than đỏ, mờtan thường thường bị phõn tỏn vào cỏc lỗ cỏc vết nứt của tầng than. Khớ thiờn nhiờn này thường được gọi là khớ mờtan trong tầng than đỏ (coal-bed methane).
Khớ nộn CNG (Compressed Natural Gas ) là khớ thiờn nhiờn được nộn dưới ỏp suất nhất định (205 ữ 275 bar). Khớ thiờn nhiờn là hỗn hợp chất khớ chỏy được bao gồm phần lớn là cỏc hydrocarbon (hợp chất húa học chứa cacbon và hyđrụ). Cựng với than đỏ và dầu mỏ, khớ thiờn nhiờn là nhiờn liệu húa thạch. Khớ thiờn nhiờn cú thể chứa đến 85% mờtan (CH4) và khoảng 10% ờtan (C2H6), và cũng cú chứa số lượng nhỏ hơn propan (C3H8), butan (C4H10), pentan (C5H12), và cỏc alkan khỏc. Khớ thiờn nhiờn, thường tỡm thấy cựng với cỏc mỏ dầu ở trong vỏ Trỏi Đất, được khai thỏc và tinh lọc thành nhiờn liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn cung năng lượng thế giới. Khớ thiờn nhiờn chứa lượng nhỏ cỏc tạp chất, bao gồm điụxớt cacbon (CO2), hyđrụ sulfit (HS), và nitơ (N2). Do cỏc tạp chất này cú trể làm giảm nhiệt trị và đặc tớnh của khớ thiờn nhiờn, chỳng thường được tỏch ra khỏi khớ thiờn nhiờn trong quỏ trỡnh tinh lọc khớ và được sử dụng làm sản phẩm phụ.
Bảng 2.10. Thành phần CNG Thành phõn Cấu tạo Hàm lượng (%) Methane CH 4 90.42 Ethane C 2H 6 4.04 Ethylene C H 0.14
Propane C 3H 8 2.05 Nitrogen N 2 3.32 2) Những tớnh chất cơ bản
CNG là khớ khụng màu, khụng mựi, khụng vị, tồn tại ở dạng khớ nộn với ỏp suất khoảng 205 ữ 275 bar, Phần lớn là cỏc hyđrocacbon no cú phõn tử lượng nhỏ nờn TSOT cao (tớnh chụng kớch nổ tốt) thớch hợp làm nhiờn liệu cho động cơ chõm chỏy cưỡng bức.
3) Phạm vi sử dụng và chỉ tiờu chất lượng
Hỡnh 2.3. ễ tụ buýt sử dụng nhiờn liệu khớ thiờn nhiờn
CNG thương phẩm ổn định hơn xăng thương phẩm. CNG thường cú giỏ thấp hơn từ
15 ữ 40% so với xăng hoặc diesel. CNG phải nạp lại nhiờn liệu nhiều hơn, bởi lẽ năng lượng tạo ra chỉ bằng khoảng 1/4 năng lượng so với xăng cựng thể tớch. Thờm nữa, ụ tụ CNG cú giỏ khoảng 3500 ữ 6000 USD cao hơn khi sử dụng động cơ xăng cho ụ tụ này. ễ tụ CNG được sử dụng và sản xuất ngày càng tăng, và giỏ ụ tụ giảm là điều được mong đợi.
TSOT của CNG cao hơn so với xăng; trong động cơ chuyờn dụng, cụng suất, tớnh gia tốc và tốc độ tiết kiệm của ụ tụ CNG tốt hơn ụ tụ dựng động cơ xăng. Do quỏ trỡnh chỏy của CNG cú đặc điểm sạch hơn, nờn ụ tụ sử dụng động cơ CNG hoạt động hiệu quả hơn so với ụ tụ xăng, làm tăng tuổi thọ cho ụ tụ. Ở những ụ tụ làm việc nặng thỡ động cơ sử dụng CNG sẽ ớt ồn hơn so với động cơ diesel.
Mặc dự CNG là khớ đốt, nhưng phạm vi chỏy hẹp, làm cho nú là nhiờn liệu an toàn. Mức độ an toàn của ụ tụ CNG ngang hàng với ụ tụ xăng. Khi bị tràn ra ngoài do tai nạn, … thỡ CNG khụng gõy hại cho đất và nước, nú khụng độc. Khả năng phõn tỏn của CNG nhanh, giảm tối thiểu sự nguy hiểm chỏy nổ liờn quan đến xăng. Thành phần chớnh là Metan, tuy nhiờn đõy là một khớ nhà kớnh.
2.3.5. Khớ dầu mỏ húa lỏng LPG 1) Nguồn gốc và thành phần
LPG (khớ dầu mỏ húa lỏng) thu được bằng cỏch húa lỏng khớ đồng hành ở ỏp suất khoảng 4 - 18kG/cm2, bao gồm hai thành phần cơ bản là propan và butan.
a
a..PPrrooppaannee:: C
Cúú ccụụnngg tthhứcức ccấuấu ttaaoo ở ở ddạnạngg mmạcạchh tthhẳnẳngg ddoo vvậậyy mmàà kkhhả ả nnănăngg cchhốnốngg kkớớcchh nnổ ổ kkộộmm.. HH HH HH HH –– CC –– CC –– CC –– HH PPrrooppaann HH HH HH P Prrooppaann kkhhụụnngg ccúú đđồồnngg vvịị ccủaủa mmộtột iissoo AAnnkkaann.. b b..BBuuttaann:: CCúú ccụụnngg tthhứcức ccấấuu ttạoạo mmạcạchh tthhẳnẳngg vvàà mmạcạchh nnhhỏỏnnhh:: H H HH HH HH H H –– CC –– CC –– CC –– CC –– HH nn -- BBuuttaann H H HH HH HH HH HH HH HH –– CC –– CC –– CC –– HH IIssoo –– BBuuttaann HH CCHH33 HH
Trong LPG cú thành phần iso Butan càng cao thỡ nhiờn liệu cú tớnh chống kớch nổ càng lớn, tớnh kớch nổ giảm dần từ iso-Butan, n-Butane và Propan. Thường iso Butan chiếm khoảng 25% cú trong hỗn hợp (iso Butan - n Butan). Ngoài ra trong LPG cũn chứa etan (1ữ3%mol) và pentan (khụng quỏ 1,5%mol).
- Khụng màu, khụng mựi, trong suốt.
- Tỉ trọng khớ húa lỏng nhẹ hơn nước: 0,54 ữ 0,56kg/lớt.
- Nhiệt trị thấp: QH = 12000 kcal/kg (hoặc 46 MJ/kg) là loại chất đốt cú nhiệt lượng cao (gần 12000 kcal).
- Nhiệt độ ngọn lửa cao: + Butan = 1900oC + Propan = 19350 C
- Tỉ lệ húa hơi của khớ húa lỏng này trong khụng khớ thể tớch tăng lờn 250 lần. Là loại chất đốt sạch do hàm lượng lưu huỳnh gần như khụng đỏng kể (< 0,02%) và cũng khụng chứa cỏc chất độc khỏc như: chỡ, cacbuahyđro (chứa trong sản vật chỏy cũn độc hơn cả CO) do đặc tớnh chỏy hết nờn khụng tạo muội than, khúi, khớ CO.
Tớnh độc hại:
LPG khụng độc hại, tuy nhiờn khụng nờn hớt vào với lượng lớn vỡ cú thể làm say hay bị ngạt thở và cũng khụng nờn bước vào nơi cú đầy hơi LPG vỡ ngoài nguy hiểm do tớnh dễ chỏy cũn cú thể gõy ngạt thở do thiếu oxy.
éặc tớnh của chựm tia phun ở nhiệt độ 200C, ỏp suất phun 12kG/cm2 của cỏc loại khớ :
+ Propan: Khi phun là một chựm tia nếu gúc phun gần 400, chiều dài tia phun ngắn hơn.
+ Butan: Khi phun là một chựm tia mảnh, với gúc phun khoảng 30, với chiều dài kim phun dài hơn so với Propane.
+ LPG: Khi phun cũng là một chựm tia với gúc phun khoảng 200, tia phun càng về phần ngọn càng rộng, so với tia phun xăng thỡ ngắn hơn.
H
Hỗnỗn hhợpợp PrProoppaann - -BuButtaann:: ééềuều làlà nnhhữnữngg hyhyddrrooccaaccbboonn nono ((AAnnkkaann)) chchỳỳnngg ccúú t
thhể ể làlà mmạcạchh tthhẳnẳngg (A(Annkkaann tthhưườnờngg)) hahayy mmạcạchh nhnhỏỏnnhh (i(issoo anankkaann)).. LPG cú chỉ số Octan nghiờn cứu (RON) cao, dễ dàng đạt đến trị số 98. Chỉ số Octan động cơ (MON) cũng cao hơn xăng.
THÀNH PHẦN RON MON Propan > 100 100 n-Butan 95 92 Iso-Butan >100 99
Butan 98 80 3) Phạm vi sử dụng và chỉ tiờu chất lượng
Trờn thực tế LPG cú thành phần butan rất khỏc nhau tuỳ theo nhu cầu và thúi quen sử dụng. Ở nhều nước LPG cú thể sản xuất dưới dạng 100% Propan hay 100% butan. LPG 100% propan thớch hợp với người tiờu dựng xứ lạnh, nhằm bảo đảm được tớnh bốc hơi tốt. LPG 100% butan thớch hợp được sử dụng trong cỏc ngành cụng nghiệp, vỡ dễ vận chuyển dễ tồn chứa và trong điều kiện sản xuất cú thể và lắp đặt thờm bộ phận hõm núng LPG khiến sự bốc hơi được hoàn toàn hơn.
Bảng chỉ tiờu chất lượng của LPG.
Tờn chỉ tiờu Phương phỏp
thử
Mức quy định
1. Tỷ trọng (d60o/60oF) ASTM D 1657 min 0,500 2. Áp suất hơi (37,8oC, at) ASTM D 1267 480 – 820 3. Thành phần hydrocacbon (% mol) - Etan C2H6 - Propan C3H8 - Butan C4H10 - Pentan C5H12 ASTM D 2163 1 – 3 20 – 40 60 – 70 max 1,5 4. ăn mũn mónh đồng (1h/37,8oC) ASTM D 1838 No1 5. Nước tự do (%V) khụng 6. Nhiệt trị (MJ/kg) ASTM D 2598 40 – 55
7. Hàm lượng lưu huỳnh (ppm) ASTM D 2784 max 170
LNG (Liquefied Natural Gas) là khớ tự nhiờn được xử lý loại bỏ những thành phần như hờ-li, nước và những hy-đrụ-cac-bon nặng là những tạp chất, sau đú được làm lạnh tới nhiệt độ xấp xỉ -163oC, ở ỏp suất khớ quyển. LNG được lưu trữ trong những bỡnh chịu ỏp lực.
2) Những tớnh chất cơ bản
- LNG là khụng mựi, khụng màu sắc, khụng ăn mũn, và khụng độc
- LNG cú nhiệt trị tương đương xăng và diesel, nhưng mức độ gõy ụ nhiễm lại thấp hơn xăng và diesel. Tuy nhiờn giỏ thành của LNG lại cao hơn vỡ phải sản xuất và lưu trữ trong trường điều kiện đặc biệt.
- Tỷ trọng của LNG chỉ bằng khoảng 45 % tỷ trọng của nước.
- Khối lượng riờng: ρ = 0.41 ữ 0.5 kg / lớt ở cựng điều kiện mà nước cú khồi lượng riờng là 1kg/lớt.