GÓC KỸ THUẬT - Tìm hiểu và so sánh LPG, LNG và CNG | Cộng đồng Kỹ thuật cơ điện Việt Nam EBOOKBKMT

A. Liquefied Petrolium Gas (LPG) – Khí đốt hóa lỏng

LPG là khí không màu, không mùi (được thêm mùi để dễ phát hiện khi bị rò rỉ), nhiệt độ ngọn lửa từ 1890ºC đến 1935ºC, nhẹ hơn nước nhưng nặng hơn không khí.

LPG ( Liquefied Petroleum Gas) là khí dầu mỏ hóa lỏng hay khí hóa lỏng có thành phần chính là Propane và Butane. Chủ yếu LPG được phân loại theo chỉ tiêu sự khác nhau về độ tinh khiết (hàm lượng propan và butan) hoặc tỉ lệ thành phần của propan : butan.

1. Nguồn gốc.

LPG tồn tại trong thiên nhiên ở các giếng dầu hoặc giếng gas và cũng có thể sản xuất ở các nhà máy lọc dầu. Nguyên liệu ban đầu dùng để sản xuất LPG là dòng khí thiên nhiên khai thác từ các mỏ dầu hoặc qua quá trình xử lý dầu thô để thu được LPG. Về cơ bản, quy trình sản xuất LPG gồm các bước sau:

- Làm sạch khí: loại bỏ các tạp chất bằng phương pháp lắng, lọc... Sau khi loại bỏ các tạp chất, khí nguyên liệu còn lại chủ yếu là các hydrocarbon như etan, propan, butan…

- Tách khí: hỗn hợp khí nguyên liệu cần được tách riêng từng khí để sử dụng và pha trộn cho từng mục đích sử dụng khác nhau. Có thể dùng các phương pháp tách khí như phương pháp nén, hấp thụ, làm lạnh từng bậc, làm lạnh bằng giãn nở khí…Qua hệ thống các dây chuyền tách khí có thể thu được propan và butan tương đối tinh khiết với nồng độ từ 96-98%.

- Pha trộn: các khí thu được riêng biệt lại được pha trộn theo các tỷ lệ thể tích khác nhau tùy theo yêu cầu. Hiện nay trên thị trường Việt Nam có khá nhiều loại LPG khác nhau do các hãng cung cấp với các tỷ lệ propan: butan là 30:70, 40:60, 50:50… Đối với LPG có tỷ lệ là 30:70, 40:60 thường được sử dụng trong sinh hoạt. Còn tỷ lệ pha trộn 50:50 thường được sử dụng làm nguyên liệu trong các ngành công nghiệp như nấu thủy tinh, sản xuất ắc quy, cơ khí đóng tàu...

Khi chuyển từ thể lỏng sang thể khí, LPG có tỷ lệ giãn nở rất lớn. 1 lít LPG lỏng sẽ tạo ra khoảng 250 lít khí.
Do vậy trong các bồn chứa LPG không bao giờ được nạp đầy, chúng được quy định chỉ chứa từ 80% - 85% dung tích.

Sản xuất LPG không khó nhưng có lẽ vấn đề tồn trữ LPG luôn là một trở ngại vì chi phí xây dựng các bồn chứa LPG khá cao. Để có được một kho chứa LPG 1.000 tấn theo đúng tiêu chuẩn, cần khoảng 60 tỷ đồng. Vì là bồn chứa chịu áp lực cao nên phải tuân thủ các quy định trong tiêu chuẩn TCVN 6486-1999 hay TCVN 7441-2004. Kho LPG của PVGas Việt Nam hiện có sức chứa lớn nhất nước nhưng cũng chứa được tối đa 7.000 tấn. Với số lượng này, chỉ hai tàu bơm trong vài ngày là hết. Do không có kho chứa đủ lớn nên các doanh nghiệp thường không dám ký hợp đồng nhập khẩu dài hạn với số lượng lớn; hoặc ký hợp đồng nhưng không thể cùng lúc chuyển về với khối lượng lớn. Vì vậy các doanh nghiệp thường bị động trong việc bình ổn thị trường, và đó cũng là lý do khiến thị trường LPG trong nước thường có nhiều biến động về giá so với thế giới.

2. Thành phần của LPG.

Thành phần của LPG chủ yếu là propan và butan ngoài ra có một số chất khác nữa nhưng rất ít do tinh chế chưa sạch hoặc là do cho thêm vào để cải thiện tính chất nào đó của LPG hoặc với mục đích nào đó (chất tạo mùi…). Thành phần của LPG thì có thể biến động theo từng cơ sở sản xuất và do ứng dụng của nó.

Nhưng thông thường thì tỉ lệ propan : butan = 50 : 50 nhưng đôi khi là 30:70, 40:60 tùy thuộc cơ sở và mục đích sử dụng.

3. Ưu – nhược điểm của LPG

- Ưu điểm:

+Tỏa năng lượng (nhiệt) khá cao:mỗi kg LPG cung cấp khoảng 12.000 kcal năng lượng, tương đương nhiệt năng của 2 kg than củi hay 1,3 lít dầu hỏa hoặc 1,5 lít xăng.
+ Việc sản sinh ra các loại chất ( khí NOx ,SOx )khí độc và tạp chất trong quá trình cháy thấp đã làm cho LPG trở thành một trong những nguồn nhiên liệu thân thiện với môi trường.
+ Dễ cháy vì thế nên hiệu suất cháy cao, cháy hoàn toàn, ít gây ô nhiễm
+ Nhiệt độ cháy cao (có thể đạt 1900-1950oC ) nên có thể nung chảy hầu hết mọi thứ.
+ Vận tốc bay hơi của LPG rất nhanh, dễ dàng khuyếch tán, hòa trộn với không khí thành hỗn hợp cháy tốt.
+ Vì có tương đối ít thành phần hơn nên dễ đạt được đúng tỷ lệ pha trộn nhiên liệu, cho phép sản phẩm cháy hoàn toàn. Việc này đã làm cho LPG có các đặc tính của một nguồn nhiên liệu đốt sạch.
+ Cả Propane và Butane đều dễ hóa lỏng và có thể chứa được trong các bình áp lực. Những đặc tính này làm cho loại nhiên liệu này dễ vận chuyển, và vì thế có thể chuyên chở trong các bình hay bồn gas đến người tiêu dùng cuối cùng.
+ LPG là loại nhiên liệu thay thế rất tốt cho xăng trong các động cơ đánh lửa.Trong một động cơ được điều chỉnh hợp lý, đặc tính cháy sạch giúp giảm lượng chất thải thoát ra, kéo dài tuổi thọ.
+ Như một chất thay thế cho chất nổ đẩy aerosol và chất làm đông, LPG được chọn để thay cho fluorocarbon vốn được biết đến như một nhân tố làm thủng tầng ozone.
+ Với các đặc tính là nguồn nhiên liệu sạch và dễ vận chuyển, LPG cung cấp một nguồn năng lượng thay thế cho các nhiên liệu truyền thống như: củi, than, và các chất hữu cơ khác. Việc này cung cấp giải pháp hạn chế việc phá rừng và giảm được bụi trong không khí gây ra bởi việc đốt các nhiên liệu truyền thống.

- Nhược điểm:

+ Do hơi LPG có tỷ trọng với không khí lớn hơn 1 (Tỉ trọng LPG nhẹ hơn so với nước là: Butane từ 0,55 – 0,58 lần, Propane từ 0,5 – 0,53 lần; Ở thể hơi (gas) trong môi trường không khí với áp suất bằng áp suất khí quyển, gas nặng hơn so với không khí: Butane 2,07 lần; Propane 1,55 lần) nên khi thoát ra ngoài sẽ bay là là trên mặt đất, tích tụ ở những nơi kín gió, những nơi trũng, những hang hốc của kho chứa, bếp…thậm chí là mặt nước rất dễ gây cháy nổ.
+ Màu sắc: LPG ở trạng thái nguyên chất không màu không có mùi nên khó nhận biết sự có mặt của nó (khắc phục nhược điểm này LPG được pha trộn thêm chất tạo mùi Mercaptan với tỉ lệ nhất định để có mùi đặc trưng nên có thể nhận biết bằng khứu giác).
+ LPG là loại nhiên liệu dễ cháy khi kết hợp với không khí tạo thành hỗn hợp cháy nổ. Đạt tới giới hạn nồng độ cháy, dưới tác dụng của nguồn nhiệt hoặc ngọn lửa trần sẽ bắt cháy làm phá hủy thiết bị, cơ sở vật chất, công trình.
+ LPG tồn tại ở nhiệt độ thường với áp suất khá cao nên cần phải được bảo quản ở nơi có áp suất cao. Vì vậy đòi hỏi các thiết bị chứa phải có độ bền cao

4. So sánh tính năng của LPG với các loại nhiên liệu khác.

Sản lượng khí dầu mỏ hóa lỏng trên thế giới đạt 130 triệu tấn trong năm 1995 và trong năm 2000 con số này tăng lên đến trên 200 triệu tấn. Khí dầu mỏ hóa lỏng đã được phát triển và thương mại hóa từ những năm 1950. Trước đây, chúng được dùng chủ yếu cho công nghiệp và sinh nhiệt gia dụng. Việc nghiên cứu sử dụng LPG trên phương tiện giao thông vận tải mới được tiến hành trong những thập niên gần đây. Để góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường không khí, một số nước đã áp dụng chính sách thuế đặc biệt để khuyến khích người dân sử dụng khí LPG chẳng hạn như Hà lan, Ý, Hàn quốc …Hình bên dưới giới thiệu tỉ lệ ôtô sử dụng LPG tại một số quốc gia trên thế giới.

Tỷ lệ ôtô sử dụng LPG tại một số nước trên thế giới

Quá trình cháy của LPG diễn ra thuận lợi hơn nhiều so với xăng do hỗn hợp được hòa trộn tốt. Mặt khác LPG ở thể khí trong điều kiện khí trời nên không có lớp nhiên liệu lỏng ngưng tụ trên thành xy lanh hay thành đường ống nạp do đó giảm thành phần các chất khí chưa cháy trong khí thải động cơ. Thực nghiệm cho thấy ôtô chạy bằng LPG dễ dàng thỏa mãn những tiêu chuẩn khắt khe nhất của luật môi trường hiện nay. Trong điều kiện hoạt động bình thường, ôtô LPG có mức độ phát ô nhiễm giảm 80% đối với CO, 55% đối với HC và 85% đối với NOx so với động cơ xăng cùng cỡ. Ngoài ra sử dụng nhiên liệu LPG cũng góp phần làm đa dạng hóa nguồn năng lượng sử dụng cho giao thông vận tải.

Do LPG có các đặc tính kỹ thuật như có tính chống kích nổ cao, không có chì (khi so với xăng pha chì) nên sản phẩm cháy không có muội than, không có hiện tượng đóng màng nên động cơ làm việc với LPG ít gây kích nổ hơn, ít gây mài mòn xy lanh, piston, segment, và các chi tiết kim loại khác trong động cơ.

5. Ứng dụng

LPG được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau như sau:

- Dân dụng: các hộ gia đình sử dụng LPG làm nhiên liệu, chất đốt trong sinh hoạt theo hình thức sử dụng bình gas 12kg. (tỷ lệ propan :butan = 30 :70 hoặc 40 :60)

- Thương mại: chủ yếu là các khách sạn, nhà hàng, khu vui chơi giải trí… sử dụng bình gas 45kg. (tỷ lệ propan :butan = 30 :70 hoặc 40 :60)

- Tiêu thụ công nghiệp: các nhà máy sử dụng LPG làm nhiên liệu để phục vụ sản xuất như nhà máy sản xuất gốm, sứ, thủy tinh, gạch men, chế biến thực phẩm, nông sản, thủy sản… Đây là nguồn tiêu thụ LPG quan trọng ở Việt Nam. (LPG có tỉ lệ propan :butan = 50 :50)

- Giao thông vận tải: sử dụng LPG thay thế cho các nhiên liệu truyền thống như xăng, dầu; và “xanh hóa” nhiên liệu. Tuy nhiên đến thời điểm hiện nay việc sử dụng LPG trong giao thông vận tải còn khiêm tốn. Đi ngoài đường thỉnh thoảng
chúng ta bắt gặp những chiếc taxi “xanh” với nhiên liệu LPG của hãng Petrolimex. Kết quả thử nghiệm sử dụng bộ chuyển đổi LPG cho xe taxi sẽ tiết kiệm được khoảng 25-29% chi phí so với chạy xăng. Việt Nam cũng bắt đầu ứng dụng LPG
làm nhiên liệu thay xăng cho xe gắn máy.

Thống kê từ cơ sở dữ liệu sáng chế (SC), trên thế giới, từ năm 1955 đến nay có 4.259 SC về khí hóa lỏng và các ứng dụng của nó. Ba nước dẫn đầu số lượng sáng chế LPG là Hàn Quốc (1.181 SC), Trung Quốc (1.155 SC) và Nhật Bản (834 SC). Các doanh nghiệp châu Á cũng là những đơn vị sở hữu nhiều sáng chế LPG nhất như Hyundai (371 SC), Kia (106 SC), Toyota (98 SC)… Tại Việt Nam số lượng sáng chế về LPG có khoảng hơn 10 SC, chủ yếu là các SC ứng dụng LPG vào làm nhiên liệu cho động cơ xe, trong đó GS. TSKH. Bùi Văn Ga (Giám đốc Đại học Đà Nẵng) có 5 SC.

B. Liquefied Natural Gas (LNG) – Khí thiên nhiên hóa lỏng

LNG là khí không màu, không mùi, không độc hại và không có tính chất ăn mòn, có nhiệt độ ngọn lửa vào khoảng 2340ºC và nhẹ hơn không khí. Thành phần chủ yếu là metan (khoảng 95%) và một lượng nhỏ các khí khác.

LNG (Liquefied Natural Gas) là khí thiên nhiên được hóa lỏng nhờ làm lạnh sâu đến -160 oC (- 256o F) ở áp suất khí quyển, sau khi đã loại bỏ các tạp chất. LNG có thành phần chủ yếu là Methane.

LNG chỉ chiếm 1/600 thể tích so với khí thiên nhiên thông thường, nhờ vậy nó có thể được vận chuyển dễ dàng bằng các phương tiện chuyên dụng nhue tàu, xe bồn…đến những khoảng cách rất xa hoặc đến những nơi có địa hình không phù hợp cho việc xây dựng đường ống dẫn khí. Sau khi được vận chuyển đến nơi tiêu thụ, LPG được chuyển trở lại trạng thái khí nhờ thiết bị tái hóa khí và có công dụng tương tự như khô.

LNG được sử dụng làm nhiên liệu cho các nhà máy không có khả năng tiếp cận đường ống dẫn khí và là nhiên liệu cho các phương tiện giao thông vận tải, đặc biệt là các phương tiện giao thông vận tải nặng.

1. Nguồn gốc.

LNG có thành phần chủ yếu là Methane nhưng cũng cả Ethane, Propane và các Hydrocacbon nặng hơn. LNG có các thành phần tồn tại trong các mỏ khí tự nhiên, các mỏ dầu (khai thác được cùng với các mỏ dầu thô – khí đồng hành), hoặc cũng có thể thu được trong các quá trình của nhà máy lọc dầu (quá trình Cracking nhiệt…). Tuy nhiên, thành phần chủ yếu là Methane (C1) nên nó được khai thác chủ yếu trong các mỏ khí tự nhiên.

2. Thành phần.

LNG có thành phần biến dổi theo từng khu vực và từng quốc gia. Tuy nhiên thành phần LNG nói chung gồm chủ yếu là Methane (chiếm tới 95%) và một số khí khác (Ethane, Propane…)

3. Tính chất cơ bản.

LNG là khí thiên nhiên được hóa lỏng nhờ làm lạnh sâu đến -160 oC (- 256o F) ở áp suất khí quyển (áp suất cao nhất trong chuyển hóa khoảng 25 kPa/3,6 psi) , sau khi đã loại bỏ các tạp chất ( nước – H2O, khí Cacbonic – CO2, khí Hydro Sunfua - H2S, …)

LNG có thể tích chỉ bằng 1/600 của khí thiên nhiên. Như vậy khí thiên nhiên chịu nén ép rất tốt và khá an toàn.
LNG là khí không màu, không mùi ,không ăn mòn, không độc…nên khá an toàn trong khi tàng chứa và vận chuyển.
LNG là khí sạch ít chứa tạp chất nặng , do vậy nó có khối lượng riêng chỉ bằng khoảng 45% khối lượng riêng của nước (tức vào khoảng 0.45kg/lit) .

LNG có nhiệt trị vào bằng khoảng 60% nhiệt trị của nhiên liệu Diesel ( khoảng 24 MJ/L). Nhưng thường thì với LNG có thành phần Methane > 90% thì vào khoảng 21 MJ/L.

4. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng của LNG.

Chất lượng của LNG là một chỉ tiêu quan trọng nhất trong việc đánh giá LNG thương mại. Một số khí không phù hợp với các chỉ tiêu cần có trong thương mại được gọi là “off-specification’ hay “off-quality”. Chất lượng thường được đánh giá theo một số tiêu chuẩn sau:

1- Để chắc chắn khí không ăn mòn và không độc, hạn chế mức cao nhất hàm lượng của H2S , tổng hàm lượng Sunphua, hàm lượng CO2 và Hg.

2 - Để bảo vệ chống lại sự hình thành của chất lỏng hoặc Hydrat trong đường ống vận chuyển (đường ống hoặc bồn chứa), qua tiêu chuẩn lượng nước lớn nhất và điểm sương (dewpoint)

3 - Để đặc trưng cho sự biến đổi của từng loai khí , qua khoảng dao động tối đa với thông số làm bốc cháy : Hàm lượng khí trơ, giá trị Calo, chỉ số Wobbe – Wobbe index (chỉ số tạo dao động nhiệt) , chỉ số Soot – Soot index (độ phủ muội) , hệ số cháy hoàn toàn – Incomplete Combustion Factor , chỉ số độ vàng của ngon lửa – Yellow Tip Index,…
Chất lượng của LNG được đo ở các điểm cấp phối bằng một thiết bị như máy sắc kí khí (Gas Chromatograph).
Tính chất quan trọng nhất cảu khí là thành phần Sunphua, thủy ngân, và giá trị Calo.
Tuy nhiên, sự liên quan chính là giá trị nhiệt trị của khí. Khí thiên nhiên thương mại thường được phân chia theo 3 khoảng theo giá trị nhiệt trị:

+ Châu Á ( Japan, Korea, Taiwan) thì khí phân bố là giàu, với một GCV ( Generalized Cross Validation) cao hơn 43 MJ/m3 (n), tương ứng :1090 Btu/scf.
+ Ở Anh và Mỹ thì khí phân bố là nghèo , với một GCV thường thấp hơn 42 MJ/m3 (n) , tương ứng : 1065Btu/scf.
+ Liên Minh Châu Âu (EU) thì khí là chấp nhận được với một GCV khoảng dao động 39-46 MJ/m3 , tương ứng :900 tới 1160 Btu/scf.

5. Ưu – Nhươc điểm của LNG.

- Ưu điểm:

+ LNG được làm lạnh ở áp suất khí quyển nên an toàn hơn các khí hóa lỏng ở áp suất cao.
+ Dễ vận chuyển hơn các chất khí hóa lỏng khác, có thể vận chuyển bằng đường ống hoặc các bồn bể chứa hoặc các thuyền chuyên chở tới mọi nơi trên thế giới.
+ LNG là nguồn năng lượng có hàm lượng khí thải vào không khí thấp hơn nhều so với nhiên liệu hóa thạch như là dầu hoặc than
+ LNG là khí không mùi, không màu, không ăn mòn, không độc. Điều này có ý nghĩa lớn về mặt thiết bị vì thiết bị sẽ an toàn hơn, giảm ăn mòn hay hỏng hóc.
+ LNG đã được kiểm chứng, tin cậy và an toàn cho động cơ, con người và môi trường. Nó là khí sạch nhất trong các loại nhiên liệu.

- Nhược điểm:

+ LNG được hóa lỏng ở nhiệt độ rất thấp vì vậy việc đảm bảo điều kiện để thực hiện quá trình là rất nghiêm ngặt.
+ LNG nhẹ hơn nước khoảng ½ nên dễ tạo ra các “vũng LNG” (Pool LNG). Điều này khá nguy hiểm vì khi rò rỉ, LNG sẽ di chuyển tới các vùng trũng hơn và tích tụ lại. Khi gặp lửa sẽ gây ra cháy,nổ tỏa rất nhiều nhiệt (nhiệt độ cao) sẽ gây ra tai hại khôn lường. Thực tế đã xảy ra một số tai nạn nghiêm trọng như : Công ty Skikda ở Algeria ...

C. Compressed Natural Gas (CNG) – Khí nén thiên nhiên.

CNG là khí không màu, không mùi, có nhiệt độ ngọn lửa khoảng 1950ºC và nhẹ hơn không khí. Thành phần chủ yếu của CNG gồm các hydrocarbon, trong đó metan có thể chiếm đến 95%, etan chiếm 5% đến 10% cùng một lượng nhỏ propan, butan và các khí khác.

CNG (Compressed Natural Gas) là khí tự nhiên nén, thành phần chủ yếu là methane (CH4) lấy từ các mỏ khí thiên nhiên, được xử lý và nén ở áp suất cao (200bar) để tồn trữ và vận chuyển tới các hộ tiêu thụ là các nhà máy có sử dụng nhiệt năng, các khu chung cư…

Do thành phần đơn giản dễ xử lý để loại bỏ các hợp chất độc hại như SOx , NOx, CO2 , không có benzen và hydrocarbon thơm kém theo.

CNG là nhiên liệu sạch do không có benzene và hydrocarbon thơm kèm theo, nên khi đốt nhiên liệu này không cho ra nhiều khí độc như NO2, CO và lượng phát thải CO2 thấp hơn xăng và dầu diesel. Ngoài ra CNG dễ phát tán, không tích tụ như hơi xăng khi bị rò rỉ ra môi trường không khí, hạn chế nguy cơ cháy nổ, chúng cũng không gây đóng cặn tại bộ chế hòa khí của các phương tiện nên kéo dài được chu kỳ bảo dưỡng động cơ, khi cháy không tạo màng... và hầu như không phát sinh bụi.

1. Phân loại.

Cũng giống như LNG, sự phân loại CNG phụ thuộc vào hàm lượng các thành phần của các cấu tử, vào sản phẩm của các nhà máy và từng quốc gia, vùng lãnh thổ.

2. Nguồn gốc.

CNG được nén thừ nguồn nguyên liệu là khí thiên nhiên. Do vậy nó cũng được coi là một nguồn nhiên liệu hóa thạch. Nhiên liệu CNG là loại khí nén Methane tự nhiên, phát sinh từ bùn, quá trình phân hủy xác thực vật, khai thác dầu khí…Trong đó thì nguồn cung cấp khí thiên nhiên chủ yếu phục vụ cho công nghệ sản xuất CNG là từ các mỏ khí hoặc khí cùng tồn tại trong các mỏ dầu (khí đồng hành).

3. Thành phần CNG

CNG là khí thiên nhiên nén, chủ yếu là hợp phần của Methane (chiếm 85% - 95%) còn lại khoảng (5% - 15%) là Ethane.
Chú ý: với một số loại khí nén, hàm lượng của Methane còn có thể cao hơn, có thể nén hoàn toàn là Methane.

LINK DOWNLOAD FULL BÀI VIẾT

THAM KHẢO CÁC LOẠI "CẢM BIẾN KHÍ GAS LPG" TẠI ĐÂY >>>

LINK 1 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 2 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 3 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 4 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

Chúc các bạn thành công!