Nhóm Mô phỏng Công nghệ Hoá học và Dầu khí Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

CNG

Công nghệ Ứng dụng

Nội dung

 Đặt vấn đề

 Công nghệ sản xuất CNG

 Sử dụng CNG

2

Khí thải từ GTVT

Khí thải gây ô nhiễm môi trường: CO, CO2 ,

NOx , SOx , hydrocacbon ...

 Nguyên nhân: xăng và diesel

3

Khí thải từ GTVT so với tổng lượng khí thải (%)

SOx

COx

NOx

Hydrocacbon không bay hơi

Chất thải rắn

Mỹ

63,6

34,9

26,7

60

Ấn Độ

40

70

New Zealand

Mexico

99

70

27

54

4

4

Môi trường

30

25

20

15 CNG

Diesel

10

5

0

CO NOx NMHC/THC x 10 PM x 10

5

Các biện pháp khắc phục

Xăng và diesel chất lượng cao  Nhiên liệu thay thế:

 Rượu  Khí (LPG, CNG, Hydro)  Điện năng  Biodiesel ...

 Nhiên liệu khí có triển vọng nhất

 Giá thành rẻ  Công nghệ chế biến đơn giản  Trữ lượng khí thiên nhiên lớn

6

Gas cho GTVT

Từ rất sớm, khí tự nhiên đã được chứa trong các bong bóng áp suất thấp sử dụng cho các phương tiện giao thông thời đó

Circa 1930

7

Khí thải xe chạy bằng CNG

Sè liÖu so s¸nh dùa trªn c¬ së c«ng nghÖ vËn hµnh vµ thiÕt bÞ tư¬ng ®ư¬ng kiÓm tra thµnh phÇn khÝ th¶i

 NOx trong khÝ th¶i thÊp h¬n Diesel  SO2 trong khÝ th¶i thÊp h¬n Diesel  CO2 trong khÝ th¶i thÊp h¬n Diesel  Bôi th¶i r¾n thÊp h¬n Diesel

8

Bảng so sánh khí thải

Khí thải, g/100 km

Nhiên liệu

CO

PM

CO2 UHC

NOx

SOx

Xăng

22000

85

634

78

8,3

1,1

Diezel 21000

21

106

108

21

12,5

LPG

18200

18

168

37

0,38

0,29

CNG

16275 5,6

22,2

25,8

0,15

0,29

9

Trạm nạp CNG

10

Xe sử dụng CNG pha H2

11

Sử dụng CNG trên thế giới

Nước Argentina Nga Italia Đức New Zealand Mỹ Canada Anh

Số lượng xe 330.000 315.000 270.000 75.000 60.000 40.000 30.000 10.000

12

CNG - Tính chất

P = 25 MPa

Nhiệt trị 50 MJ/kg

Nhiệt độ tự bốc cháy 600OC

Giới hạn tự bốc cháy: 5  15% V

(hỗn hợp với không khí)

Trị số octan RON=MON=120

13

Tính chất hoá lý của nhiên liệu

Tính chất hoá l{

CNG

Xăng

Diesel

Khối lượng riêng, kg/ m3

170

740

860

Nhiệt trị, MJ/kg

50

44

42,5

Nhiệt độ tự bốc cháy (oC )

600

400

250

Giới hạn tự bốc cháy, %V

5  15 1,4  7,6 1  5

14

88 mol% 6 mol% 3 mol% 0.2 mol%

s n o b r a c o r d y H

c á h k í

h k c á C

0.1 mol% 0.1 mol% 1.0 mol% 1.5 - 4.5 mol% 16 ppmv

CNG - Thành phần

Metan (min.) Etan (max.) C3+ (max.) C6+ (max.) Hydro Carbon Monoxide Oxy Khí trơ Lưu huznh tổng (max.) Nước, Hạt rắn, Hợp chất thơm

15

CNG - Thành phần

n o b c a c o r d y H

c á h K

16

Vận chuyển khí tự nhiên

Bằng đường ống dẫn

Bằng tàu biển LNG

Bằng tàu biển CNG

17

So sánh vận chuyển CNG-LNG

LNG CNG Thể tích vận chuyển: 140.000 m3 100.000 m3 Khối lượng vận chuyển: 60.000 tấn 20.000 tấn

18

Lựa chọn cách vận chuyển

5

)

Đường ống

LNG

m ă n

/

4

n ấ

t

3

CNG

u ệ i r t (

2

Khó tìm giải pháp

1

m ẩ h p n ả S

5

2

1

4 3 Khoảng cách (ngàn km)

19

Vận chuyển CNG

Trường hợp CNG được sản xuất rất xa nơi tiêu thụ: CNG sản

xuất tại các nhà máy được vận chuyển đến nơi tiêu thụ bằng

tàu và bằng Trailer:

 Tàu sẽ vận chuyển CNG từ nhà máy sản xuất đến kho chứa

 Trailer vận chuyển CNG từ kho chứa đến các trạm con

Trường hợp nhà máy sản xuất không xa nơi tiêu thụ và có

đường bộ kết nối: CNG được vận chuyển trực tiếp từ nơi

sản xuất đến các trạm con bằng Trailer

20

Vận chuyển bằng tàu

21

Tàu biển vận chuyển CNG

22

Tàu biển vận chuyển CNG

23

Tàu biển vận chuyển CNG

24

Tàu biển vận chuyển CNG

25

Tàu biển vận chuyển CNG

26

Tàu biển vận chuyển CNG

27

Tàu biển vận chuyển CNG

28

Vận chuyển bằng Trailer

Trailer vận chuyển CNG với áp suất 200 ÷ 250bar, nhiệt độ

làm việc -60°C ÷ 0°C

Các bồn chứa trên Trailer được thiết kế để vận chuyển ở

nhiều áp suất khác nhau trong giới hạn áp suất thiết kế

Trailer là sự kết hợp giữa phương tiện vận tải và hệ thống

tồn trữ thiết kế riêng để vận chuyển khí nén gồm:

 cylinder chứa khí

 hệ thống vận hành nạp – chuyển khí

 hệ thống an toàn

29

Công nghệ sản xuất CNG

CNG từ khí sinh học (BCNG )

CNG từ LNG (LCNG )

CNG nén trực tiếp khí tự nhiên (CCNG )

30

Công nghệ sản xuất CNG

31

Sơ đồ nguyên lý BCNG

C¬ cÊu truyÒn ®éng

Biogas

ThiÕt bÞ ph©n phèi CNG

ThiÕt bÞ hót khÝ ThiÕt bÞ sÊy khÝ Mµng ngăn 2 cÊp ThiÕt bÞ nÐn khÝ

ThiÕt bÞ trao ®æi

Xe «t«

32

BCNG

0,035 MPa

Lọc bụi & ẩm

Loại nước

60OC

6,89MPa

Quạt hút Sấy khí Tái sinh Nước

Máy nén

Gia nhiệt

Tách ẩm

Gia nhiệt Màng ngăn 2 cấp

cng

6,89 MPa

25 MPa

Máy nén

C1 > 96%

33

Sơ đồ nguyên lý LCNG

B¬m

ThiÕt bÞ Ph©n phèi CNG

HÖ thèng Tăng áp

BÓ chøa LNG

ThiÕt bÞ Ho¸ h¬i

ThiÕt bÞ Gia nhiÖt

Xe «t«

34

LCNG

CNG

Hệ thống tăng áp

4

LNG

CNG CNG

Bộ hoá hơi Bơm

35

Công nghệ CCNG

 Xử l{ khí trước khi nén  Loại tạp chất cơ học  Loại nước  Loại CO2 và H2S

 Nén khí

 Thiết bị hút  Thiết bị sấy khí  Thiết bị lọc khí  Máy nén

Trạm phân phối CNG

36

Máy nén 3 cấp nằm ngang

5

10

80

120

>120

Tỷ số Pn/P1

Số cấp máy nén

1

2

3

4

56

37

Sơ đồ nguyên lý CCNG

Cơ cấu truyền động

KTN

Hệ thống điều khiển Thiết bị hút khí Thiết bị sấy khí ThiÕt bÞ nÐn khÝ Thiết bị lọc khí

Thiết bị trao đổi

Thiết bị phân phối

Xe ô tô Dãy bình chứa vị trí trung Dãy bình chứa vị trí thấp Dãy bình chứa vị trí cao

38

CCng

Hàng rào cách nhiệt và tiếng ồn

Thiết bị đo khí

Máy nén 4 cấp

CNG

Hệ thống Van phân phối Thiết bị sấy khí

Động cơ

Hệ thống van điều khiển

Bộ thu hồi hơi

Dãy bình chứa áp suất cao

39

Thiết bị phân phối CNG của SunGas

40

Thiết bị phân phối CNG sản xuất theo công nghệ LCNG

41

Thiết bị phân phối CNG của Gardner Denver

42

Trạm nạp CNG Gardner Denver

43

Trạm nạp CNG SULZER

44

Sử dụng

 Xe chuyên dụng

 Xe không chuyên dụng

45

Xe bus chạy bằng CNG

46

Xe không chuyên dụng

Xe chạy bằng hai loại nhiên liệu (bi-fueled vehicle)

 Nhiên liệu truyền thống & nhiên liệu thay thế

 Có các bình chứa riêng rẽ

Xe chạy bằng hỗn hợp của hai nhiên liệu

(dual fueled vehicle)

 Có các bình chứa riêng rẽ

 Phun cả hai loại nhiên liệu vào buồng đốt

47

Bộ chuyển đổi

 Bộ điều áp  Van ngắt, mở dòng xăng  Van đóng mở nhiên liệu CNG  Bình chứa CNG  Bộ trộn hỗn hợp khí nén - không khí  Ống cao áp  Ống mềm thấp áp

48

Phương pháp nạp nhiên liệu

Phương pháp nạp chậm

Phương pháp nạp nhanh

49

S¬ ®å n¹p chËm

ThiÕt bÞ t¸ch bôi vµ Èm ThiÕt bÞ läc

HÖ thèng ®iÒu khiÓn n¹p chËm

ThiÕt bÞ ph©n phèi

M¸y nÐn ÐÇu n¹p nhiªn liÖu

B¶ng ®iÒu khiÓn

50

S¬ ®å n¹p nhanh

ThiÕt bÞ läc

ThiÕt bÞ t¸ch bôi vµ Èm

M¸y nÐn

cng

ThiÕt bÞ ph©n phèi

HÖ thèng ®iÒu khiÓn n¹p nhanh B¶ng ®iÒu khiÓn

ÐÇu n¹p nhiªn liÖu

51

Sơ đồ nạp nhanh

52

Ưu điểm khi sử dụng CNG

Giảm khí thải gây ô nhiễm môi trường

Chi phí sản xuất thấp

Giảm chi phí nhiên liệu 15-50%

Thuận lợi khi vận hành

An toàn khi sử dụng

Nhu cầu ngày càng tăng

53

Chi phí sản xuất nhiên liệu

Quá trình công nghệ

Xăng

Diesel

LPG

CNG

Đốt ở mỏ

3

3

3

0,8

Tiêu thụ ở mỏ

1

1

1

-

Vận chuyển nguyên liệu

1,9

1,9

1,9

3

Lọc dầu

12,5

5,6

3,5

-

Mất mát trong quá trình

0,3

0,1

0,1

-

Phân phối

0,5

0,5

1

0,5

Nén

-

-

-

6

Tổng cộng

19,2

12,1

10,5

10,3

54

Chi phí nhiên liệu

Quãng đường

Tiêu hao nhiên liệu

Giá nhiên liệu (VNđ)

Chi phí (VNđ)

Xăng

100 km

10 lit

24 000 đ/lit 2 400 000

LPG

100 km

5 kg

36 000 đ/kg 1 800 000

CNG

100 km

8 m3

15 000 đ/m3 1 200 000

55

Thuận lợi khi vận hành

Trị số octan cao RON = MON = 120

Sự pha trộn giữa không khí và CNG tốt hơn

56

An toàn khi sử dụng

Nhiệt độ tự bốc cháy cao

Nhẹ hơn không khí

Bình chứa chắc chắn

57

Nhu cầu ngày càng tăng

Nhu cầu tiêu thụ khí CNG cho GTVT ở Mỹ

) i ố h k t e e f (

G N C

Năm

58

Nhược điểm khi sử dụng CNG

Đầu tư ban đầu cho trạm nạp lớn Chi phí hoạt động của trạm nạp lớn Giá thành bộ chuyển đổi cao Hệ thống bình chứa phức tạp

 Tăng tải trọng của xe  Giảm không gian sử dụng

 CNG có nhiệt trị thấp

 Giảm phạm vi hoạt động của phương tiện  Công suất của động cơ giảm 8-15%

59

Đầu tư ban đầu

Trạm nạp: 700.000 – 800.000 USD Bộ chuyển đổi:

 Xe chạy xăng sang CNG

2.000 - 3.000 USD/xe

 Xe chạy diezen sang CNG

3.100 - 6.000 USD/xe

60

Chi phí trạm nạp mỗi năm (USD)

Khấu hao

Tổng chi phí

Công suất trạm m3/h

Lao động và chi phí khác

Chi phí bảo dưỡng

Chi phí năng lượng

250

14.016

2.920

15.000

46.600

78.536

500

23.032

2.920

20.000

62.600

113.552

1000

56.064

3.650

25.000

82.600

167.314

61

Bình chứa CNG

62

Bình chứa CNG

63

Bình CNG cho xe ôtô con

64

Xe buýt 300-500 km/ngày

Xăng

CNG

Tiêu thụ

40–60 lit/100 km 300 lit/ngày 250 - 300 lit

300 kg

Dung tích bình chứa Khối lượng bình chứa

Tổng

300 kg

45-65 kg/100 km 300 kg/ngày 1 bình=120 lit = 30 kg khí 10 bình = 300 kg khí 1 (bình+khí) = 120 kg 10 (bình+khí) =1200 kg khung đỡ = 200 kg 1400 kg

Tăng 1100 kg

65

Nhiệt trị của nhiên liệu MJ/m3

CNG

LPG Metanol Etanol Xăng Diezel

Nhiên liệu

8500 23100 15892 21325 32560 36550

Nhiệt trị

66