Bài giảng Nhiên liệu và môi chất chuyên dụng

TRƯ NG<br /> <br /> PGS. TS.<br /> <br /> I H C NHA TRANG<br /> <br /> Nguy n Văn Nh n<br /> <br /> NHI£N LIÖU & M¤I CHÊT CHUY£N DôNG<br /> (Bài gi ng dùng cho sinh viên các ngành K thu t-Công ngh t i HNT)<br /> <br /> NHA TRANG - 2012<br /> <br /> -2Chương 1<br /> <br /> T NG QUAN V NHIÊN LI U<br /> DÙNG CHO<br /> NG CƠ<br /> T TRONG<br /> 1.1. PHÂN LO I NHIÊN LI U<br /> Nhiên li u là ch t cháy ư c và sinh ra nhi t khi cháy, ví d : than, c i, xăng,<br /> d u, khí<br /> <br /> t, khí hoá l ng, v.v.<br /> B ng 1-1. Phân lo i t ng quát nhiên li u<br /> <br /> Tiêu chí phân lo i<br /> <br /> Lo i nhiên li u<br /> -<br /> <br /> i u ki n áp suát và s n -<br /> <br /> xu t nhiên li u<br /> <br /> Nhiên li u l ng : xăng, d u ho , gas oil, benzol, c n, d u<br /> solar, d u mazout, v.v.<br /> <br /> khí quy n<br /> <br /> Nguyên li u<br /> <br /> t : khí m , khí lò ga, khí th p, khí lò cao, khí hoá<br /> <br /> l ng, v.v.<br /> <br /> Tr ng thái t n t i<br /> nhi t<br /> <br /> Khí<br /> <br /> M c ích s d ng<br /> <br /> Nhiên li u r n : than á, than bùn, c i, v.v.<br /> Nhiên li u g c d u m : xăng, d u diesel, d u ho , v.v.<br /> Nhiên li u thay th : xăng t ng h p, c n, hydro, v.v.<br /> Nhiên li u dùng cho<br /> xăng, c n, khí<br /> <br /> ng cơ phát ho b ng tia l a :<br /> <br /> t, v.v.<br /> <br /> Xăng cracking<br /> <br /> -<br /> <br /> Xăng reforming<br /> <br /> -<br /> <br /> Nhiên li u t ng h p<br /> <br /> -<br /> <br /> Nhiên li u chưng c t<br /> <br /> -<br /> <br /> Nhiên li u có nhi t tr cao : xăng, d u diesel, mazout,v.v.<br /> <br /> -<br /> <br /> n Văn Nh n<br /> <br /> Xăng chưng c t tr c ti p<br /> <br /> -<br /> <br /> PGS. TS. Nguy<br /> <br /> Nhiên li u máy bay : xăng máy bay, nhiên li u ph n l c.<br /> <br /> -<br /> <br /> Theo nhi t tr<br /> <br /> Nhiên li u diesel : gas oil, mazout, khí<br /> <br /> -<br /> <br /> Công ngh s n xu t<br /> <br /> -<br /> <br /> Nhiên li u có nhi t tr th p : khí lò ga, khí lò cao,v.v.<br /> <br /> - NHIÊN LI U VÀ MÔI CH T CHUYÊN D NG<br /> <br /> t, v.v.<br /> <br /> -<br /> <br /> 2012<br /> <br /> -31) Khí m - còn g i là khí t nhiên (natural gas) - là h n h p các lo i khí ư c<br /> khai thác t các m khí t ho c m d u trong lòng t. Khí m có th ư c phân lo i<br /> thành : khí ng hành, khí không ng hành và khí hoà tan.<br /> Khí ng hành - khí t do có trong các m d u.<br /> Khí không ng hành - khí ư c khai thác t các m khí t trong lòng t và<br /> không ti p xúc v i d u thô trong m d u.<br /> Khí hoà tan - khí hoà tan trong d u thô ư c khai thác t các m d u.<br /> Thành ph n c a khí m có th r t khác nhau tuỳ thu c vào v trí a lý mà khí m<br /> ư c khai thác, tuy nhiên chúng u ch a ch y u là methane (CH4), ethane (C2H6) và<br /> m t lư ng nh các ch t khác như dioxide carbon (CO2), nitơ (N2), helium (He), v.v.<br /> Ngoài công d ng làm nhiên li u cho ng cơ t trong ( C T) nói riêng và nhiên<br /> li u nói chung, khí m còn ư c s d ng làm nguyên li u<br /> s n xu t phân hoá h c, v t<br /> li u t ng h p, v.v.<br /> 2) Khí l c-hoá d u - các lo i khí thu ư c trong quá trình ch bi n d u m , ví d<br /> : khí thu ư c trong các quá trình chưng c t tr c ti p, nhi t phân, cracking, v.v.<br /> 3) Khí lò ga (producer gas) - khí t thu ư c b ng cách khí hoá các lo i nhiên<br /> li u r n như than á, than nâu, than c i, g , v.v. nhi t<br /> cao. Toàn b quá trình khí hoá<br /> ư c ti n hành trong m t lo i thi t b có tên là lò sinh khí. Hình 1-1 gi i thi u sơ<br /> lò<br /> sinh khí và m t s thông s công tác trong quá trình khí hoá than á .<br /> <br /> KhÝ<br /> lß ga<br /> 150 - 500 0C<br /> <br /> 1<br /> <br /> 500 - 900 0C<br /> <br /> 2<br /> <br /> 900 - 1100 0C<br /> <br /> 3<br /> <br /> ≈<br /> <br /> 1300 0C<br /> <br /> 4<br /> 5<br /> <br /> KK + H2O<br /> <br /> H. 1-1. Sơ<br /> lò sinh khí<br /> 1- T ng s y, 2- T ng chưng c t, 3- T ng t o khí, 4- T ng cháy, 5- Ph n ch a tro<br /> PGS. TS. Nguy<br /> <br /> n Văn Nh n<br /> <br /> - NHIÊN LI U VÀ MÔI CH T CHUYÊN D NG<br /> <br /> -<br /> <br /> 2012<br /> <br /> -4Nguyên lý ho t ng c a lò sinh khí như sau : không khí ư c th i vào lò t phía<br /> dư i ; ngay phía trên ghi lò, than á ư c t cháy theo ph n ng to nhi t :<br /> C + O2 = CO2 + 406000 kJ/kmol<br /> (1.1)<br /> Khu v c di n ra quá trình cháy nói trên ư c g i là t ng cháy, khu v c phía trên<br /> t ng cháy là t ng kh . T i t ng kh di n ra 2 lo i ph n ng thu nhi t dư i ây :<br /> CO2 + C ⇔ 2CO - 176000 kJ/kmol<br /> (1.2)<br /> H2O + C ⇔ CO + H2 - 132000 kJ/kmol<br /> (1.3)<br /> Ph n ng (1.2) và (1.3) là các ph n ng 2 chi u. T s CO/CO2 ư c hình thành<br /> ph n ng (1.2) và H2/H2O ph n ng (1.3) ph thu c trư c h t vào nhi t<br /> t i khu v c<br /> 0<br /> di n ra ph n ng. nhi t<br /> 700 C , CO/ CO2 ≈ 1 và H2/ H2O ≈ 2,3 ; nhi t<br /> 1000 0C<br /> , CO/ CO2 ≈ 165 và H2/ H2O ≈ 103. Trong trư ng h p s n xu t khí lò ga t than á,<br /> ngư i ta thư ng th i m t lư ng nh t nh hơi nư c vào trong lò cùng v i không khí. M c<br /> ích chính c a vi c s d ng hơi nư c là làm gi m nhi t<br /> t ng cháy nh m b o v các<br /> cao. N u không có hơi nư c,<br /> b ph n c a lò ti p xúc tr c ti p v i than và tro có nhi t<br /> 0<br /> nhi t<br /> t i khu v c ngay trên ghi lò có th<br /> t t i 1700 C. Ngoài ra, hơi nư c cũng có<br /> tác d ng làm tăng ch t lư ng c a khí lò ga nh tăng hàm lư ng H2 t quá trình phân hu<br /> H2O.<br /> Tuỳ theo chi u cao c a lò, nhi t<br /> t i t ng kh dao ng trong kho ng 900-1100<br /> 0<br /> C. Phía trên t ng kh là t ng chưng c t có nhi t<br /> ư c duy trì trong kho ng 500-900<br /> 0<br /> C. T i t ng chưng c t, h u h t nh ng thành ph n d bay hơi c a nhiên li u r n thoát ra<br /> và ư c hút ra ngoài cùng v i các thành ph n khác c a khí lò ga.<br /> Khí lò ga là m t h n h p c a CO, H2 ,CH4 , CO2 , N2 , hơi nư c, và m t s lo i<br /> hydrocarbon. Thành ph n trung bình c a khí lò ga như sau : 27 % CO, 7 % H2 , 2 % CH4<br /> , 4 % CO2 , 58 % N2 [7].<br /> Khí lò ga ư c s d ng làm nhiên li u cho ng ng cơ ga, turbine khí, các<br /> ngành luy n kim, thu tinh,<br /> g m, v.v. Nó có ưu i m là có s octan khá cao (RON ≈<br /> 100), nhưng có nhi t tr th p ( H ≈ 5650 kJ/m3 ) vì ch a nhi u N2 .<br /> 4) Khí th p (illuminating gas) - Khí t ư c s n xu t quy mô công nghi p t<br /> các lo i nhiên li u r n ho c l ng như : than á, than nâu, d u, v.v. Các lo i khí th p ph<br /> bi n là khí ư t (water gas), khí d u (carbureted water gas) và khí than (coal gas).<br /> Khí ư t thu ư c b ng cách th i hơi nư c qua m t l p than á ho c coke có nhi t<br /> cao. Thành ph n ch y u c a khí ư t là CO và H2 .<br /> Khí d u và Khí than thu ư c b ng cách nhi t phân d u ho c than. Thành ph n<br /> ch y u c a chúng là H2, CH4 , C2H4 và CO.<br /> <br /> PGS. TS. Nguy<br /> <br /> n Văn Nh n<br /> <br /> - NHIÊN LI U VÀ MÔI CH T CHUYÊN D NG<br /> <br /> -<br /> <br /> 2012<br /> <br /> -5B ng 1-2. M t s tính ch t c a khí<br /> Lo i khí<br /> <br /> ρ<br /> <br /> t<br /> <br /> 3<br /> <br /> [kg/m ]<br /> 0,695<br /> 1,015<br /> 0,614<br /> 0,468<br /> 1,147<br /> 0,082<br /> 0,655<br /> 1,80<br /> 2,37<br /> <br /> Khí m<br /> Khí lò ga<br /> Khí th p<br /> Khí coke<br /> Carbon monoxide (CO)<br /> Hydrogen (H2)<br /> Methane (CH4)<br /> Propane (C3H8)<br /> Butane (C4H10)<br /> <br /> ON<br /> 90<br /> 90<br /> 100<br /> 70<br /> 110<br /> -<br /> <br /> H<br /> [kJ/m3]<br /> 34.700<br /> 5.650<br /> 17.000<br /> 13.000<br /> 12.100<br /> 10.200<br /> 36.000<br /> 83.000<br /> 110.000<br /> <br /> t [7]<br /> L0<br /> [m /m3]<br /> 9,5<br /> 1,2<br /> 3,9<br /> 4,5<br /> 2,4<br /> 2,38<br /> 9,5<br /> 23,8<br /> 31<br /> <br /> Hh (λ= 1)<br /> [kJ/m3]<br /> 3.400<br /> 2.600<br /> 3.250<br /> 3.350<br /> 3.500<br /> 3.000<br /> 3.400<br /> 3.300<br /> 3.400<br /> <br /> 3<br /> <br /> B ng 1-3. Thành ph n c a m t s lo i khí l c-hoá d u [1]<br /> Thành ph n [ % vol ]<br /> Hydrogen (H2)<br /> Methane (CH4)<br /> Ethane (C2H6)<br /> Propane (C3H8)<br /> Butane (C4H10)<br /> Ethylene<br /> Propylene<br /> Buthylene<br /> Hydrocarbon có C > 5<br /> <br /> Chưng c t tr c ti p<br /> 1<br /> 14 – 16<br /> 3 – 17<br /> 9 – 28<br /> 14 – 34<br /> 14 – 30<br /> <br /> Nhi t phân<br /> 12<br /> 55 – 57<br /> 5–7<br /> 0,5<br /> 0,2<br /> 16 – 18<br /> 7–8<br /> 4–5<br /> 2–3<br /> <br /> Cracking xúc tác<br /> 5–6<br /> 10<br /> 3–5<br /> 16 – 20<br /> 42 – 46<br /> 3<br /> 6 – 11<br /> 5–6<br /> 5 - 12<br /> <br /> 5) Khí hoá l ng<br /> Các lo i khí t chưa hoá l ng có giá thành th p, nhưng vi c v n chuy n và phân<br /> ph i khá ph c t p. Khí t thư ng ư c cung c p n nơi tiêu th b ng h th ng ư ng<br /> ng t áp su t cao n áp su t trung bình r i áp su t th p. Khí hoá l ng có ưu i m hơn<br /> h n khí chưa hoá l ng ch có nhi t tr th tích l n (nhi t lư ng sinh ra khi t cháy m t<br /> ơn v th tích nhiên li u), nên thích h p hơn khi dùng làm nhiên li u cho ng cơ ôtô và<br /> nh ng nơi chưa có h th ng ng d n khí t.<br /> Khí t nhiên qua x lý, ch bi n và hoá l ng ư c g i là khí t nhiên hoá l ng<br /> (Liquefied Natural Gases - LNG); còn khí t thu ư c trong quá trình ch bi n d u m<br /> r i hoá l ng thì ư c g i là khí d u m hoá l ng (Liquefied Petroleum Gases - LPG).<br /> PGS. TS. Nguy<br /> <br /> n Văn Nh n<br /> <br /> - NHIÊN LI U VÀ MÔI CH T CHUYÊN D NG<br /> <br /> -<br /> <br /> 2012<br /> <br />