nghiên cứu đặc tình khì sinh học biogas vé các hệ thống cung cấp biogas cho động cơ đốt trong

BỘ GI•O DỤC Vƒ ĐƒO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA C‹NG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHI•N CỨU ĐẶC T“NH KH“ SINH
HỌC BIOGAS Vƒ C•C HỆ THỐNG
CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ
ĐỐT TRONG

C•N BỘ HƯỚNG DẪN

SINH VI•N THỰC HIỆN

Nguyễn Nhựt Duy

Lš Trọng Nhœn
MSSV: 1090538
Ng€nh: Cơ Kh‚ Giao Thƒng – Kh…a 35

Cần Thơ, 4/2013


Đề cương luận văn tốt nghiệp

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CÔNG NGHỆ
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
BỘ MÔN :KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Cần thơ, ngày tháng năm 2013

********

ĐỀ CƢƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Học kỳ :II (năm học : 2012 – 2013)
1. Tên đề tài thực hiện: Nghiên cứu đặc tính khí sinh học biogas và các hệ
thống cung cấp biogas cho động cơ đốt trong.
2. Họ và tên cán bô hƣớng dẫn: NGUYỄN NHỰT DUY.
3. Họ và tên sinh viên thực hiện : LÊ TRỌNG NHÂN.
Ngành : Cơ khí giao thông.

MSSV:1090538
Khóa :35

4. Đặt vấn đề (giới thiệu chung) :
Nhiên liệu hóa thạch là nền tảng của sự tăng trƣởng và phát triển của bất kỳ
quốc gia nào. Phần lớn lƣợng dầu mỏ khai thác đƣợc phục vụ cho nhu cầu năng
lƣợng nhƣ xăng nhiên liệu, nhiên liệu phản lực, diesel, nhiên liệu đốt lò…Tuy
nhiên, việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đã ảnh hƣởng xấu tới môi trƣờng do phát
sinh khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Bên cạnh đó, nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt làm
giá xăng dầu leo thang, ảnh hƣởng tiêu cực đến nền kinh tế toàn cầu. An ninh năng
lƣợng hiện nay mang tính sống còn của mỗi quốc gia. Vì vậy, mỗi quốc gia trên thế
giới đều đang tìm kiếm nguồn năng lƣợng mới bền vững để thay thế nguồn năng
lƣợng hóa thạch.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và công nghệ, các nguồn năng
lƣợng tái sinh ra đời với các tính năng ƣu việt và thân thiện với môi trƣờng đã và
đang đƣợc quang tâm nhiều hơn trong chính sách phát triển năng lƣợng của mỗi
quốc gia.
Việt Nam là một nƣớc mạnh về nông nghiệp với hơn 80% dân số sống ở

nông thôn, chất thải trong quá trình sản xuất là nguồn nguyên liệu rất tốt để sản xuất
khí sinh học biogas, qua đó tận dụng nguồn năng lƣợng này làm nhiên liệu cho các
phƣơng tiện giao thông hay cung cấp cho các nhà máy phát điện là hƣớng phát triển
nguồn năng lƣợng thay thế phù hợp với nƣớc ta.
Vì vậy, “Nghiên cứu đặc tính khí sinh học biogas và các hệ thống cung cấp
biogas cho động cơ đốt trong” giúp các kỹ sƣ có cái nhìn sâu hơn về kiến thức
chuyên ngành đồng thời tiếp cận với các công nghệ mới, xây dựng nền tảng lý
thuyết vững chắc cho việc phát triển các nghiên cứu và công nghệ mới không chỉ

SVTH: Lê Trọng Nhân.


Đề cương luận văn tốt nghiệp

riêng về nhiên liệu sinh học biogas mà còn đối với các nguồn năng lƣợng thay thế
khác.
5. Mục đích của đề tài:
Đề tài : “NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KHÍ SINH HỌC BIOGAS VÀ CÁC HỆ
THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG” với mục đích
nghiên cứu cơ sở lý thuyết của nhiên liệu sinh học biogas. Tìm hiểu cấu tạo, nguyên
lý hoạt động và ƣu nhƣợc điểm các hệ thống cung cấp biogas cho động cơ đốt trong
qua đó đề xuất hệ thống mới có khả năng khắc phục các nhƣợc điểm trên các hệ
thống củ, tạo tiền đề cho việc ứng dụng các hệ thống trên vào thực tế nhằm phục vụ
sản xuất và đời sống của con ngƣời.
6. Địa điểm, thời gian thực hiện:
 Địa điểm: khoa Công Nghệ- Trƣờng Đại học Cần Thơ.
 Thời gian thực hiện: 14/01/2013 đến 27/04/2013.
7. Giới thiệu về thực trạng có liên quan tới vấn đề trong đề tài:
Các công trình nghiên cứu về biogas và các hệ thống cung cấp biogas cho
động cơ đốt trong đã đƣợc thực hiện từ rất lâu nhƣng bị hạn chế do công nghệ còn

non kém. Trong những năm gần đây, biogas trở thành nguồn năng lƣợng thay thế
năng lƣợng hóa thạch, vai trò cũng đƣợc tăng lên cùng với sự phát triển của khoa
học và công nghệ, các công trình nghiên cứu về biogas ngày càng tăng về quy mô
và số lƣợng. Ở nƣớc ta, đã có nhiều nghiên cứu đƣợc thực hiện nhƣ cải tạo động cơ
sử dụng nhiên liệu truyền thống sang sử dụng nhiên liệu biogas, thiết kế xây dựng
hệ thống hầm biogas…Tiêu biểu là các nghiên cứu của giáo sƣ Bùi Văn Ga về các
hệ thống cung cấp biogas cho động cơ tĩnh tại và phƣơng tiện giao thông đã đạt
đƣợc nhiều thành tựu nhất định. Tuy nhiên, phần lớn các nhóm nghiên cứu chỉ thực
hiện trên các động cơ riêng lẻ dựa trên kinh nghiệm cá nhân, chƣa thực hiện nghiên
cứu một cách có hệ thống cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm nhằm thiết lập những
nguyên lý cơ bản của việc cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ. Vì vậy các
nghiên cứu chƣa đƣợc ứng dụng rộng rãi trong thực tế.
8. Các nội dung chính và giới hạn của đề tài:
LỜI NÓI ĐẦU
CHƢƠNG 1. Giới thiệu về đề tài nghiên cứu.
1.1 Giới thiệu về đề tài nghiên cứu.
1.1.1 Giới Thiệu.

SVTH: Lê Trọng Nhân.


Đề cương luận văn tốt nghiệp

1.1.2 Mục đích ý nghĩa của đề tài.
1.1.2.1 Mục đích của đề tài.
1.1.2.2 Ý nghĩa của đề tài.
1.2. Tổng quan về biogas.
1.2.1 Vấn đề năng lƣợng hiện nay.
1.2.2 Tình hình phát triển biogas.
1. 2.2.1 Trên thế giới.

1. 2.2.2 Việt Nam.
1.3 Kết luận.
CHƢƠNG 2. Đặc tính khí biogas
2.1. Tính chất vật lý.
2.1.1 Nhiệt trị và khối lƣợng riêng.
2.1.2 Giới hạn cháy.
2.1.3 Nhiệt độ cháy cao nhất.
2.1.4 Nhiệt độ tự cháy và chỉ số octan.
2.1.5 Vận tốc cháy.
2.2 .Tính chất hóa học.
2.2.1 Công thức phân tử.
2.2.2 Công thức cấu tạo.
2.2.3 Thành phần của khí biogas.
2.2.4 Cơ chế hình thành khí metan.
2.2.5 Ảnh hƣởng của các tạp chất đối với sự hoạt động của động cơ.
2.3. Công nghệ sản xuất biogas.
2.3.1 Nguồn nguyên liệu ban đầu.
2.3.2 Xử lý nguyên liệu.
2.3.3 Quá trình lên men.
2.3.4 Hầm biogas.
2.3.5 Lọc biogas.
2.3.5.1 Khử tạp chất của khí biogas.
2.3.5.2 Hệ thống xử lý khí biogas để chạy động cơ đốt trong.
2.3.6 Lƣu trữ biogas.

SVTH: Lê Trọng Nhân.


Đề cương luận văn tốt nghiệp

2.4. Khả năng thay thế nhiên liệu truyền thống.
2.4.1 Sơ lƣợc về các loại nhiên liệu thay thế: LPG, CNG, biogas.
2.4.2 Xác định tỉ lệ A/F và ảnh hƣởng của %CO2 tới quá trình cháy.
2.5. Kết luận.
CHƢƠNG 3. Các hệ thống cung cấp biogas cho động cơ đốt trong.
3.1. Yêu cầu chung của hệ thống cung cấp biogas.
3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động các hệ thống cung cấp biogas.
3.2.1 Hệ thống sử dụng bộ chế hòa khí.
3.2.1.1 Bộ chế hòa khí.
a. Họng venturi.
b. Họng venturi vạn năng.
c. Bộ chế hòa khí dạng màng.
d. Các bộ chế hòa khí đơn giản.
e. Bộ chế hòa khí van modul hóa.
3.2.1.2 Van tiết lƣu.
a. Van màng.
b. Van cánh (van đĩa).
c. Van côn.
d. Van cầu.
3.2.1.3 Bộ điều tốc.
a. Bộ điều tốc cơ khí.
b. Bộ điều tốc điện tử.
3.2.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu phun khí biogas điều khiển điện tử.
3.3. Hệ thống cung cấp biogas cho động cơ xăng kéo máy phát điện cỡ nhỏ.
3.3.1 Sơ đồ hệ thống.
3.3.1.1 Bộ ổn định áp suất.
3.3.1.2 Van điều khiển lƣợng biogas cung cấp cho động cơ.
3.3.1.3 Mạch điều khiển ECU.
3.3.1.4 Cảm biến tốc độ.
3.3.1.5 Bộ trộn.

3.3.2 Nguyên lý hoạt động.

SVTH: Lê Trọng Nhân.


Đề cương luận văn tốt nghiệp

3.4. Một số loại động cơ sử dụng nhiên liệu biogas.
3.5. Một số ứng dụng của nhiên liệu biogas.
3.5.1 Làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong.
3.5.1.1 Sử dụng trên ô tô.
3.5.1.2 Sử dụng trên xe gắn máy.
3.5.1.3 Sử dụng trên động cơ tĩnh tại.
3.5.2 Dùng trong nấu bếp.
3.6. Kết luận.
CHƢƠNG 4. Hiệu quả của việc sử dụng nhiên liệu biogas.
4.1. Tận dụng nguồn nguyên liệu phế thải, giảm ô nhiễm môi trƣờng.
4.2. Nguồn nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu truyền thống.
4.3. Tính toán hiệu quả kinh tế của các phƣơng án cung cấp biogas cho động
cơ.
4.3.1 Đối với động cơ biogas/xăng.
4.3.2 Đối với động cơ biogas/diesel.
4.4. So sánh hiệu quả kinh tế của các phƣơng án cải tạo động cơ biogas sử
dụng các phụ kiện GATEC.
4.5. Thuận lợi và khó khăn khi sử dụng nhiên liệu Biogas.
4.5.1 Thuận lợi.
4.5.2 Khó khăn.
CHƢƠNG 5. Kết luận và kiến nghị.
5.1 Kết luận.
5.2 Kiến nghị.

TÀI LIỆU THAM KHẢO.
9. Phƣơng pháp thực hiện đề tài:
Thu thập thông tin, tƣ liệu qua các hội thảo, hội nghị quốc gia, quốc tế trên
internet có liên quan đến đề tài, hồi cứu các tài liệu trữ lƣợng và khả năng ứng dụng
năng lƣợng sạch biogas trong thực tế. Tham khảo các đề tài nghiên cứu có liên
quan.

SVTH: Lê Trọng Nhân.


Đề cương luận văn tốt nghiệp

10. Kế hoạch thực hiện đề tài:
Thời gian
1

Nôi dung công việc
Đề cƣơng và lời nói đầu.

31/12/20126/1/2013
2

Chƣơng 1. Giới thiệu về đề tài nghiên cứu.

7/1/201313/1/2013
3

Chƣơng 2. Đặc tính khí biogas.

14/1/2013-

2.1. Tính chất vật lý.

20/1/2013

2.2 .Tính chất hóa học

4

Chƣơng 2. Đặc tính khí biogas.

21/1/2013-

2.3. Công nghệ sản xuất biogas

27/1/2013
5

Chƣơng 2. Đặc tính khí biogas.

28/1/2013-

2.4. Khả năng thay thế nhiên liệu truyền thống

3/2/2013

2.5. Kết luận.

6

Nghỉ tết

4/2/201310/2/2013
7

Nghỉ tết

11/2/201317/2/2013
8

Chƣơng 3. Các hệ thống cung cấp biogas cho động cơ đốt trong.

18/2/2013-

3.1. Yêu cầu chung của hệ thống cung cấp biogas.

24/2/2013

3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động các hệ thống cung cấp
biogas.

9

Chƣơng 3. Các hệ thống cung cấp biogas cho động cơ đốt trong.

25/2/2013-

3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động các hệ thống cung cấp

SVTH: Lê Trọng Nhân.

Đề cương luận văn tốt nghiệp

3/3/2013

biogas.
3.3 Hệ thống cung cấp biogas cho động cơ xăng kéo máy phát
điện cỡ nhỏ.

10

Chƣơng 3. Các hệ thống cung cấp biogas cho động cơ đốt trong.

4/3/2013-

3.3 Hệ thống cung cấp biogas cho động cơ xăng kéo máy phát
điện cỡ nhỏ.

10/3/2013

3.4. Một số loại động cơ sử dụng nhiên liệu biogas.
11

Chƣơng 3. Các hệ thống cung cấp biogas cho động cơ đốt trong.

11/3/2013-

3.5. Một số ứng dụng của nhiên liệu biogas.

17/3/2013

3.6. Kết luận.

12

Chƣơng 4. Hiệu quả của việc sử dụng nhiên liệu biogas.

18/3/201324/3/2013
13

Chƣơng 5. Kết luận và kiến nghị.

25/3/201331/3/2013
14

Tuần dự trữ.

15/04/2013
22/04/2013
15

Tuần dự trữ.

22/04/2013
27/04/2013
SINH VIÊN THỰC HIỆN

DUYỆT CỦA BỘ MÔN
TLTN

SVTH: Lê Trọng Nhân.

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

DUYỆT CỦA HĐ LV&


Lời cảm ơn

LỜI CẢM ƠN
Qua quá trình học tập tại trƣờng Đại học Cần Thơ, em đã học đƣợc rất nhiều
kiến thức quý báu không chỉ trong chuyên ngành của mình mà còn từ những lĩnh
vực khác.
Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Nhựt Duy đã hƣớng dẫn tận
tình, sửa chữa những sai sót, những mặt hạn chế và còn thiếu sót của em trong suốt
thời gian nghiên cứu đề tài tốt nghiệp này.
Sau cùng em xin kính chúc quý thầy cô luôn dồi dào sức khỏe, công tác tốt.
Xin chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, ngày …tháng … năm 2013
Sinh viên thực hiện

Lê Trọng Nhân

SVTH: Lê Trọng Nhân.


Tóm tắt đề tài

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Mục tiêu:
-

Nắm vững kiến thức về đặc tính khí sinh học biogas.

- Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống cung cấp
biogas cho động cơ đốt trong.
-

Phân tích ƣu nhƣợc điểm của các hệ thống cung cấp biogas.

-

Đề xuất hệ thống mới.

-

Tìm hiểu các ứng dụng của nhiên liệu biogas.

-

Phân tích hiệu quả của việc sử dụng nhiên liệu biogas.

Phƣơng pháp nghiên cứu:
-

Thu thập các tài liệu từ các hội thảo, hội nghị trong nƣớc và quốc tế.

-

Tham khảo các nghiên cứu, báo cáo có liên quan.

-

Sử dụng các tƣ liệu, sách chuyên ngành cơ khí.

-

Tra cứu tài liệu từ các bài báo, tạp chí trên internet.

Nội dung báo cáo:
-

Chƣơng 1. Giới thiệu về đề tài nghiên cứu.

-

Chƣơng 2. Đặc tính khí biogas.

-

Chƣơng 3. Các hệ thống cung cấp biogas cho động cơ đốt trong.

-

Chƣơng 4. Hiệu quả của việc sử dụng nhiên liệu biogas.

-

Chƣơng 5. Kết luận và kiến nghị.

SVTH: Lê Trọng Nhân.


Mục lục.

MỤC LỤC

Lời nói đầu. .............................................................................................................. 1
Chƣơng 1. Giới thiệu về đề tài nghiên cứu .............................................................. 2
1.1 Giới thiệu về đề tài nghiên cứu ...................................................................... 2
1.1.1 Giới thiệu .............................................................................................. 2
1.1.2 Mục đích ý nghĩa của đề tài. ................................................................ 2
1.1.2.1 Mục đích của đề tài ......................................................................... 2
1.1.2.2 Ý nghĩa của đề tài............................................................................ 2
1.2 Tổng quan về biogas ...................................................................................... 3
1.2.1 Vấn đề năng lƣợng hiện nay................................................................. 3
1.2.2 Tình hình phát triển biogas .................................................................. 3
1. 2.2.1 Trên thế giới ................................................................................... 3
1. 2.2.2 Việt Nam ........................................................................................ 5
1. 3 Kết luận. ........................................................................................................ 7
Chƣơng 2. Đặc tính khí biogas................................................................................. 8
2.1 Tính chất vật lý. ............................................................................................. 8
2.1.1 Nhiệt trị và khối lƣợng riêng. .............................................................. 9
2.1.2 Giới hạn cháy. ..................................................................................... 10
2.1.3 Nhiệt độ cháy cao nhất. ....................................................................... 11
2.1.4 Nhiệt độ tự cháy và chỉ số octan ......................................................... 11
2.1.5 Vận tốc cháy. ....................................................................................... 12
2.2 Tính chất hóa học. ......................................................................................... 12

2.2.1 Công thức phân tử ................................................................................ 12
2.2.2 Công thức cấu tạo ................................................................................. 13
2.2.3 Thành phần của khí biogas. .................................................................. 13
2.2.4 Cơ chế hình thành khí metan................................................................ 13
2.2.5 Ảnh hƣởng của các tạp chất đối với sự hoạt động của động cơ........... 14
i
SVTH: Lê Trọng Nhân.


Mục lục.

2.3 Công nghệ sản xuất biogas. ........................................................................... 14
2.3.1 Nguồn nguyên liệu ban đầu................................................................. 14
2.3.2 Xử lý nguyên liệu. ............................................................................... 15
2.3.3 Quá trình lên men. ............................................................................... 15
2.3.4 Hầm biogas .......................................................................................... 18
2.3.5 Lọc biogas. .......................................................................................... 23
2.3.5.1 Khử tạp chất của khí biogas. .......................................................... 23
2.3.5.2 Hệ thống xử lý khí biogas để chạy động cơ đốt trong. .................. 27
2.3.6 Lƣu trữ biogas. ..................................................................................... 30
2.4 Khả năng thay thế nhiên liệu truyền thống ................................................... 33
2.4.1 Sơ lƣợc về các loại nhiên liệu thay thế: LPG, CNG, biogas. ............... 33
2.4.2 Xác định tỉ lệ A/F và ảnh hƣởng của %CO2 tới quá trình cháy. .......... 36
2.5 Kết luận .......................................................................................................... 39
Chƣơng 3. Các hệ thống cung cấp biogas cho động cơ đốt trong............................ 40
3.1 Yêu cầu của hệ thống cung cấp biogas. ......................................................... 40
3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống cung cấp biogas. ............. 40
3.2.1 Hệ thống sử dụng bộ chế hòa khí. ........................................................ 40
3.2.1.1 Bộ chế hòa khí................................................................................. 40
a. Họng venturi. ........................................................................................ 40

b. Họng venturi vạn năng. ........................................................................ 44
c. Bộ chế hòa khí dạng màng ................................................................... 45
d. Các bộ chế hòa khí đơn giản. ............................................................... 46
e. Bộ chế hòa khí van modul hóa. ............................................................ 48
3.2.1.2 Van tiết lƣu...................................................................................... 48
a. Van màng .............................................................................................. 49
b. Van cánh (van đĩa). ............................................................................... 50
c. Van côn ................................................................................................. 51
d. Van cầu ................................................................................................. 52
3.2.1.3 Bộ điều tốc. ..................................................................................... 53
a. Bộ điều tốc cơ khí. ................................................................................ 53
ii
SVTH: Lê Trọng Nhân.


Mục lục.

b. Bộ điều tốc điện tử. .............................................................................. 57
3.2.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu phun khí biogas điều khiển điện tử. .... 58
3.3 Hệ thống cung cấp biogas cho động cơ xăng kéo máy phát điện cỡ nhỏ ...... 61
3.3.1 Sơ đồ hệ thống. ..................................................................................... 61
3.3.1.1 Bộ ổn định áp suất........................................................................... 62
3.3.1.2 Van điều khiển lƣợng biogas cung cấp cho động cơ ...................... 62
3.3.1.3 Mạch điều khiển ECU ..................................................................... 63
3.3.1.4 Cảm biến tốc độ .............................................................................. 66
3.3.1.5 Bộ trộn............................................................................................. 68
3.3.2 Nguyên lý hoạt động ............................................................................ 68
3.4 Một số loại động cơ sử dụng nhiên liệu biogas ............................................. 69
3.5 Một số ứng dụng của nhiên liệu biogas. ........................................................ 72
3.5.1 Làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong. ............................................... 72

3.5.1.1 Sử dụng trên ô tô. ............................................................................ 72
3.5.1.2 Sử dụng trên xe gắn máy................................................................. 74
3.5.1.3 Sử dụng trên động cơ tĩnh tại. ......................................................... 75
3.5.2 Dùng trong nấu bếp. ............................................................................. 82
3.6 Kết luận .......................................................................................................... 83
Chƣơng 4. Hiệu quả của việc sử dụng nhiên liệu biogas ......................................... 84
4.1 Tận dụng nguồn nguyên liệu phế thải, giảm ô nhiễm môi trƣờng. ............... 84
4.2 Nguồn nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu truyền thống. ................................ 84
4.3 Tính toán hiệu quả kinh tế của các phƣơng án cung cấp biogas cho động cơ85
4.3.1 Đối với động cơ biogas/xăng.. ............................................................. 86
4.3.2 Đối với động cơ biogas/diesel.. ............................................................ 86
4.4 So sánh hiệu quả kinh tế của các phƣơng án cải tạo động cơ biogas sử dụng
các phụ kiện GATEC. .............................................................................................. 87
4.5 Thuận lợi và khó khăn khi sử dụng nhiên liệu biogas. .................................. 91
4.5.1 Thuận lợi. ............................................................................................ 91
4.5.2 Khó khăn. ........................................................................................... 91
Chƣơng 5. Kết luận và kiến nghị ............................................................................. 92
iii
SVTH: Lê Trọng Nhân.


Mục lục.

5.1 Kết luận .......................................................................................................... 92
5.2 Kiến nghị........................................................................................................ 93
Tài liệu tham khảo .................................................................................................... 94

iv
SVTH: Lê Trọng Nhân.

Lời nói đầu.

LỜI NÓI ĐẦU
Nhiên liệu hóa thạch là nền tảng của sự tăng trƣởng và phát triển của bất kỳ
quốc gia nào. Phần lớn lƣợng dầu mỏ khai thác đƣợc phục vụ cho nhu cầu năng
lƣợng nhƣ xăng nhiên liệu, nhiên liệu phản lực, diesel, nhiên liệu đốt lò…Tuy
nhiên, việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đã ảnh hƣởng xấu tới môi trƣờng do phát
sinh khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Bên cạnh đó, nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt làm
giá xăng dầu leo thang, ảnh hƣởng tiêu cực đến nền kinh tế toàn cầu. An ninh năng
lƣợng hiện nay mang tính sống còn của mỗi quốc gia. Vì vậy, mỗi quốc gia trên thế
giới đều đang tìm kiếm nguồn năng lƣợng mới bền vững để thay thế nguồn năng
lƣợng hóa thạch.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và công nghệ, các nguồn năng
lƣợng tái sinh ra đời với các tính năng ƣu việt và thân thiện với môi trƣờng đã và
đang đƣợc quan tâm nhiều hơn trong chính sách phát triển năng lƣợng của mỗi quốc
gia.
Việt Nam là một nƣớc mạnh về nông nghiệp với hơn 80% dân số sống ở
nông thôn, chất thải trong quá trình sản xuất là nguồn nguyên liệu rất tốt để sản xuất
khí sinh học biogas, qua đó tận dụng nguồn năng lƣợng này làm nhiên liệu cho các
phƣơng tiện giao thông hay cung cấp cho các nhà máy phát điện là hƣớng phát triển
nguồn năng lƣợng thay thế phù hợp với nƣớc ta.
Vì vậy, “Nghiên cứu đặc tính khí sinh học biogas và các hệ thống cung cấp
biogas cho động cơ đốt trong” giúp các kỹ sƣ có cái nhìn sâu hơn về kiến thức
chuyên ngành đồng thời tiếp cận với các công nghệ mới, xây dựng nền tảng lý
thuyết vững chắc cho việc phát triển các nghiên cứu và công nghệ mới không chỉ
riêng về nhiên liệu sinh học biogas mà còn đối với các nguồn năng lƣợng thay thế
khác.

1

SVTH: Lê Trọng Nhân.


Chương 1: Giới thiệu về đề tài nghiên cứu.

CHƢƠNG I

GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU.
1.1 Giới thiệu về đề tài nghiên cứu
1.1.1 Giới thiệu.
Biogas là từ ghép của Bio-fuel và Gas nghĩa là khí sinh học. Khí sinh học
biogas là tổ hợp metan (CH4), cacbonic (CO2) và các sản phẩm khác đƣợc sản xuất
ra từ quá trình phân huỷ xác động vật và các chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí.
Các loại chất thải có thể làm nguồn cung cấp cho quá trình sản xuất khí sinh
học biogas:
 Chất thải của con ngƣời.
 Chất thải của động vật nhƣ: lợn, trâu, bò, gia cầm.…
 Rác thải sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp.
Nguồn chất thải từ con ngƣời và động vật là nguồn sinh khí biogas vô tận,
nếu chúng ta biết tận dụng chúng để làm nguồn nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu
truyền thống để sử dụng cho động cơ đốt trong thì đây là một phƣơng pháp hữu ích.
1.1.2 Mục đích ý nghĩa của đề tài.
1.1.2.1 Mục đích của đề tài.
 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của khí sinh học biogas.
 Nắm đƣợc nguyên lý làm việc, đặc điểm kết cấu các bộ phận chính của các
hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ đốt trong.
 Phân tích ƣu nhƣợc điểm của các hệ thống trên.
 Đề xuất hệ thống mới.
 Tìm hiểu ứng dụng của nhiên liệu biogas.
 Phân tích hiệu quả của việc sử dụng nhiên liệu biogas.

1.1.2.2 Ý nghĩa của đề tài.
 Tận dụng nguồn phế phẩm mà chúng ta đang lãng phí.

2
SVTH: Lê Trọng Nhân.


Chương 1: Giới thiệu về đề tài nghiên cứu.

 Biogas là nguồn nhiên liệu thay thế cho xăng, dầu có nguy cơ cạn kiệt.
 Biogas là nguồn nhiên liệu sạch cho động cơ đốt trong, góp phần làm giảm ô
nhiễm môi trƣờng ( đốt cháy đƣợc khí CH4 là khí gây hiệu ứng nhà kính gấp
23 lần so với khí CO2).
 Tìm ra giải pháp cho vấn đề sử dụng nhiên liệu biogas mà hiện nay chúng ta
đang lãng phí, tránh gây khó khăn cho việc cất giữ loại nhiên liệu này.

1.2 Tổng quan về biogas
1.2.1 Vấn đề năng lƣợng hiện nay.
Dân số thế giới ngày càng tăng khiến cho nhu cầu tiêu thụ năng lƣợng cũng
tăng theo, trong khi đó các nguồn năng lƣợng dự trữ nhƣ than đá, dầu mỏ, khí đốt
thiên nhiên và ngay cả thủy điện là có hạn khiến cho con ngƣời có nguy cơ đứng
trƣớc việc thiếu hụt năng lƣợng. Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lƣợng
mới nhƣ năng lƣợng hạt nhân, năng lƣợng gió, năng lƣợng mặt trời… là một trong
những hƣớng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lƣợng. Do đó, việc nghiên
cứu sử dụng các nguồn khí sinh học (biogas) đã đƣợc triển khai và đạt đƣợc một số
thành tựu đáng kể ở nhiều nƣớc nhất là các nƣớc đang phát triển ở Châu Á.
1.2.2 Tình hình phát triển biogas.
1.2.2.1 Trên thế giới.
Hiện nay ở quy mô toàn cầu, biogas là nguồn năng lƣợng lớn. Tổng sản
lƣợng ứng dụng chiếm 9% đến 10 % tổng năng lƣợng trên thế giới. Theo tính toán,

nếu tận dụng xử lý đƣợc hết nguồn phế thải toàn cầu thì hàng năm ngƣời ta có thể
tạo 200 tỷ m3 khí sinh học, tƣơng đƣơng 150 đến 200 triệu tấn nhiên liệu và kèm
theo nó là khoảng 20 triệu tấn phân bón hữu cơ chất lƣợng cao. Tính đến năm 2005,
tổng giá trị thu đƣợc từ ngành công nghiệp biogas là 1,6 tỷ USD, năm 2011 là 3,5 tỷ
USD. Ƣớc tính với tốc độ tăng trƣởng hàng năm là 19,4%, đến năm 2016 tổng giá
trị đạt đƣợc sẽ là 8,6 tỷ USD. Có thể nói rằng, Ấn Độ, Đức, Trung Quốc, Hoa Kỳ và
nhiều nƣớc phát triển khác là các quốc gia có sự phát triển nhanh chóng về công
nghệ sản xuất khí sinh học biogas.
- Ấn Độ:
Công nghệ khí sinh học ở Ấn Độ bắt đầu từ năm 1897. Ban đầu, các trạm
biogas chỉ có quy mô hộ gia đình. Hàng năm có khoảng 200.000 hộ gia đình Ấn Độ
chuyển từ sử dụng năng lƣợng củi đốt sang sử dụng biogas. Năm 1985, Ấn Độ có
khoảng 1 triệu bể với chi phí xây dựng khoảng 55 triệu đô la. Đến năm 1997 có
khoảng 2,5 triệu bể. Tính tới năm 1999 đã có tới 2,9 triệu công trình hầm khí sinh
học gia đình và 2700 công trình hầm khí tập thể xử lý phân ngƣời đƣợc xây dựng.
Ƣớc tính số công trình này hàng năm tiết kiệm 3 triệu tấn củi và 0,7 triệu tấn Urê.
3
SVTH: Lê Trọng Nhân.


Chương 1: Giới thiệu về đề tài nghiên cứu.

Tháng 3 năm 2000, Ấn Độ có 3 triệu công trình hầm khí sinh học và đã tăng lên 4,4
triệu công trình vào đầu năm 2011.
- Trung Quốc:
Lịch sử phát triển khí sinh học ở Trung Quốc bắt đầu từ cuối thế kỷ XIX.
Năm 1978 đã xây dựng 7,5 triệu bể tăng 1,5 triệu bể so với năm 1970, hàng năm tạo
ra khoảng 2,5 tỷ m3 khí mêtan, tƣơng đƣơng 1,5 triệu tấn dầu mỏ. Cho đến năm
1979, trên lãnh thổ Trung Quốc đã có 301 trạm phát điện nhỏ sử dụng khí biogas.
Riêng ở tỉnh Sichuan các trạm này có tổng công suất là 1.500kW. Đến 1985, Trung

Quốc đã xây dựng đƣợc 70 triệu bể khí mêtan. Từ những năm cuối thập kỷ 80 của
thế kỷ trƣớc, ngƣời ta đã tính toán đến việc sử dụng năng lƣợng sinh học để thay thế
các dạng năng lƣợng sử dụng nhiên liệu hoá thạch và biogas đã trở thành đối tƣợng
cho chƣơng trình nghiên cứu năng lƣợng phục vụ nông thôn của Trung tâm Nghiên
cứu Ứng dụng Năng lƣợng và Công nghệ mới - Bộ Nông nghiệp Trung Quốc
(1994). Cuối năm 2003, Trung Quốc có hơn 9,7 triệu hầm cho các hộ gia đình trên
toàn quốc. Trên 90% hầm đang hoạt động tốt, sản xuất ra khoảng 2.980.000
m3/năm. Cũng trong năm 2003, chính phủ Trung Quốc cũng đã xây dựng kế hoạch
đầu tƣ 3,5 tỷ nhân dân tệ thúc đẩy phát triển mô hình sinh thái sản xuất khí sinh học,
triển khai hơn 2200 dự án kỹ thuật, xây dựng hơn 137000 bể phân hủy, xử lý hơn
60 triệu tấn chất thải để sản xuất biogas. Kết quả là cuối năm 2005, Trung quốc xây
dựng thêm đƣợc 1,7 triệu bể, sản xuất 6,5 tỷ m3 biogas, cung cấp cho 50 triệu ngƣời
sử dụng. Năm 2009 tổng giá trị thu đƣợc từ ngành công nghiệp biogas là 1,7 tỷ
USD. Năm 2010, sản lƣợng khí biogas trong năm gấp đôi năm 2005. Năm 2011,
tổng giá trị thu đƣợc trong năm là 760 triệu USD.
- Đức:
Đức là nƣớc sản xuất biogas lớn nhất châu âu, với các công nghệ tiên tiến,
Đức đang trở thành nƣớc đi tiên phong trong lĩnh vực này. Trong vòng 20 năm qua
ngành công nghiệp khí sinh học phát triển mạnh mẽ, chủ yếu là để cung cấp cho các
nhà máy phát điện. Năm 1990, chính phủ ban hành luật cung cấp điện cho phép
điện từ các nhà máy hoạt động bằng khí biogas đƣợc đƣa vào mạng lƣới điện quốc
gia. Năm 2006, Đức có tổng cộng 650 hệ thống xử lý biogas, số lƣợng các nhà máy
điện khí sinh học lên tới 3500 với công suất hơn 1100 megawatts, sản xuất 5,4 tỷ
kilowatts điện. Năm 2009, tổng số nhà máy tăng lên 4.780. Đến năm 2010, có
khoảng 5905 nhà máy hoạt động trên toàn quốc, tổng công suất là 2291 megawatts,
tạo ra 12,8 Twh điện, chiếm 12,6% tổng số điện quốc gia. Năm 2011, Đức trồng
800000ha cây để sản xuất biogas, số lƣợng nhà máy tăng lên 7215, tổng công suất
là 29 gigawatts, cung cấp điện cho 5,3 triệu hộ gia đình với khoảng 18400Gwh điện.
Năm 2012, tỷ lệ xuất khẩu biogas đạt móc 30%.
- Hoa Kỳ:

Năm 2010, có khoảng 160 hệ thống khí sinh học hoạt động chủ yếu trong các
trang trại chăn nuôi thƣơng mại, công suất 1600 MW, cung cấp năng lƣợng cho hơn
41000 hộ gia đình, giảm phát thải ô nhiễm môi trƣờng khoảng 1,8 triệu tấn, tƣơng
đƣơng với 6,5 triệu chiếc ô tô thải ra môi trƣờng.
4
SVTH: Lê Trọng Nhân.


Chương 1: Giới thiệu về đề tài nghiên cứu.

1.2.2.2 Việt Nam.
Công nghệ khí sinh học đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam từ
những năm 1960. Lịch sử phát triển công nghệ khí sinh học ở Việt Nam chia thành
5 thời kỳ chính.
- Thời kỳ 1960 – 1975:
Năm 1960 nhà xuất bản Bộ Công nghiệp đã xuất bản tài liệu “Cách sinh ra
hơi metan nhân tạo và lấy hơi metan thiên nhiên” của Trung Quốc đƣợc dịch ra
tiếng Việt. Năm 1964 tỉnh Bắc Thái đã xây dựng “Xƣởng phát điện Metan” đầu tiên
của Việt Nam. Tuy nhiên do những lý do về mặt kỹ thuật và quản lý, các công trình
này không đạt hiệu quả mong muốn và sau một thời gian ngắn đã bị bỏ không sử
dụng. Ở Miền Nam, năm 1960 Nha Khảo cứu và Nông lâm súc của chính quyền Sài
Gòn có thí nghiệm biện pháp sản xuất khí metan từ phân động vật. Nhƣng do việc
nhập khẩu ồ ạt LPG và phân hoá học nên ý đồ triển khai nghiên cứu đã không đƣợc
thực hiện và một số công trình khí sinh học đã đƣợc xây dựng rải rác tại Miền Nam
cũng không đƣợc duy trì hoạt động. Tới cuối những năm 1960 và đầu những năm
1970, công nghệ khí sinh học gần nhƣ bị lãng quên.
- Thời kỳ 1976 – 1980:
Năm 1976, Phân viện Năng lƣợng thuộc bộ Điện và Than đã soạn thảo “Đề
án sử dụng khí sinh vật ở Việt nam”. Năm 1977, Bộ Điện và Than giao cho Viện
Quy hoạch và Thiết kế Điện chủ trì đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng hầm ủ lên men

sinh khí Metan”. Ngoài ra, nhiều cơ quan và cá nhân khác cũng quan tâm tới công
nghệ khí sinh học. Viện Nông hoá Thổ nhƣỡng (Bộ Nông nghiệp) đã xây dựng một
công trình thí điểm ở trại Nông hoá Thổ nhƣỡng Cầu Diễn (Từ Liêm, Hà Nội) với
sự giúp đỡ của chuyên gia FAO nhƣng không thu đƣợc kết quả. Các ban Khoa học
Kỹ thuật và nhiều tổ chức, cá nhân tại các tỉnh nhƣ Nghệ Tĩnh, Đồng Nai, Quảng
Nam - Đà Nẵng, TP. Hồ Chí Minh, Cần Thơ... cũng có triển khai thiết kế, xây dựng
và đƣa vào vận hành một số thiết bị khí sinh học.
- Thời kỳ 1981 – 1990:
Trong hai kế hoạch 5 năm 1981-1985 và 1986-1990 công nghệ khí sinh học
đã trở thành một trong những lĩnh vực ƣu tiên. Các công tác nghiên cứu đã dần dần
thu hút thêm nhiều cơ quan tham gia: Phân viện Quy hoạch và Thiết kế Điện (công
ty Điện lực II, Miền Nam Việt Nam), Đại học Xây dựng Hà Nội, Đại học Nông
nghiệp I, Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh, Đại
học Cần Thơ, Trung tâm Năng lƣợng (Công ty Điện lực II), Trung tâm Kỹ thuật hạt
nhân TP. Hồ Chí Minh, Viện Kinh tế Kỹ thuật cao su, Ban Khoa học Kỹ thuật tỉnh
Đồng Nai, Hải Dƣơng ... Lĩnh vực công nghệ khí sinh học ở Việt Nam cũng đã thu
hút đƣợc sự giúp đỡ và hợp tác của nhiều tổ chức nƣớc ngoài nhƣ Viện Sinh lý Sinh
hoá Vi sinh vật của Liên Xô, Tổ chức OXFAM của Anh, UNICEF của Liên hợp
quốc, ACCT của các nƣớc sử dụng tiếng Pháp, tổ chức SIDA của Thụy Điển... Cho
tới 1990 đa số các tỉnh trong toàn quốc đã có những công trình khí sinh học đƣợc
xây dựng. Phát triển mạnh mẽ nhất là các tỉnh phía Nam vì có những điều kiện
5
SVTH: Lê Trọng Nhân.


Chương 1: Giới thiệu về đề tài nghiên cứu.

thuận lợi về kinh tế-xã hội và khí hậu. Đứng đầu là TP. Hồ Chí Minh với trên 700
công trình, tỉnh Đồng Nai 468 công trình, tỉnh Hậu Giang 240 công trình. Tính
chung trong toàn quốc có khoảng trên 2000 công trình, chủ yếu thuộc loại nắp nổi.

Phần lớn là công trình cỡ gia đình với thể tích phân giải từ 2m3 tới 10m3 .Cá biệt có
công trình có thể tích phân giải tới 200 m3 (Đồng Nai). Nói chung các công trình
hoạt động tốt, gây đƣợc niềm tin của công chúng đối với công nghệ khí sinh học.
- Thời kỳ 1991 – 2002:
Sau khi kết thúc kế hoạch năm năm 1986-1990, chƣơng trình 52C giải thể.
Hoạt động nghiên cứu rất hạn chế. Viện năng lƣợng vẫn tiếp tục các đề tài cấp bộ
Công nghiệp và cấp tổng công ty Điện lực về lập trình thiết kế thiết bị nắp cố định
vòm cầu NL-5 và thiết kế thử nghiệm một số kiểu thiết bị mới, quá trình phân giải
của các nguyên liệu thực vật, sử dụng khí sinh học để phát điện, chạy tủ lạnh, máy
ấp, bảo quản rau quả.Từ năm 1993 trở đi, công nghệ đƣợc phát triển trong khuôn
khổ các dự án về vệ sinh môi trƣờng, nông nghiệp và phát triển nông thôn với nhiều
kiểu thiết bị khí sinh học mới. Thiết bị dạng túi chất dẻo PE theo mẫu của Cô-LômBi-A, đƣợc phát triển nhờ dự án SAREC - S2 - VIE22 do viện chăn nuôi, Hội làm
vƣờn trung ƣơng (VACVINA), cục Khuyến nông và Khuyến lâm và Đại học Nông
- Lâm TP. Hồ Chí Minh triển khai. Sau một thời gian phát triển túi đã chuyển sang
loại thiết bị lai ghép gồm bể phân giải dạng hình hộp xây bằng gạch và túi chứa khí
bằng chất dẻo treo trong nhà. Đại học Cần Thơ phát triển thiết bị nắp cố định vòm
cầu kiểu của dự án hợp tác Thái Lan và Đức. Đội thợ tƣ nhân Đồng Nai, dự án năng
lƣợng tái tạo Bắc Trung bộ (RENC) phát triển kiểu thiết bị nắp cố định của Đồng
Nai. Tóm lại trong giai đoạn này do không có tổ chức đầu mối quốc gia nên tình
trạng phát triển khí sinh học rất đa dạng, phần nào vô tổ chức. Để đƣa tình trạng
phát triển bắt đầu vào tiêu chuẩn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã ban
hành tiêu chuẩn ngành về công trình khí sinh học nhỏ (3/2002).
- Thời kỳ 2003 tới nay:
“Dự án hỗ trợ chƣơng trình khí sinh học cho ngành chăn nuôi Việt Nam” pha
I (2003-2005) đƣợc tài trợ bởi chính phủ Hà Lan. Dự án triển khai ở 12 tỉnh với
mục tiêu xây dựng 12.000 công trình. Công nghệ đƣợc áp dụng trong dự án là thiết
bị nắp cố định vòm cầu kiểu KT1 và KT2. Thực tế giai đoạn I dự án xây dựng đƣợc
18.000 công trình. Năm 2006 dự án mở rộng phạm vi hoạt động lên 20 tỉnh và xây
dựng đƣợc 9600 công trình nâng tổng số công trình đã xây dựng lên 27600. Đến
cuối 2007 dự án xây dựng đƣợc tổng cộng 43.000 công trình. Hiện nay trên địa bàn

cả nƣớc có khoảng 500.000 hầm phân hủy biogas, có quy mô dƣới 10m3 của các hộ
gia đình nông dân. Riêng chƣơng trình Khí sinh học cho ngành chăn nuôi Việt
Nam, do Chính phủ Hà Lan tài trợ, tính đến năm 2011 đã xây đƣợc 15.678 hầm
biogas.[9]

6
SVTH: Lê Trọng Nhân.


Chương 1: Giới thiệu về đề tài nghiên cứu.

1.3 Kết luận
Các nguồn năng lƣợng dự trữ nhƣ than đá, dầu mỏ, khí đốt thiên nhiên và
ngay cả thủy điện là có hạn khiến cho nhân loại có nguy cơ đứng trƣớc việc thiếu
năng lƣợng. Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lƣợng mới nhƣ năng lƣợng
hạt nhân, năng lƣợng gió, năng lƣợng mặt trời … là một trong những hƣớng quan
trọng trong kế hoạch phát triển năng lƣợng.
Nguồn năng lƣợng sinh khối từ nhiên liệu tái tạo chiếm một vị trí quan trọng
trong tống số nguồn năng lƣợng nhƣng chỉ mới đƣợc tận dụng một phần. Chính vì
vậy mong rằng nhà nƣớc ta chú trọng nghiên cứu sâu hơn nữa về nguồn năng lƣợng
này để thay thế kịp thời nguồn nhiên liệu truyền thống có nguy cơ cạn kiệt và tăng
cao hiệu quả kinh tế.

7
SVTH: Lê Trọng Nhân.


Chương 2 : Đặc tính khí biogas.

CHƢƠNG 2

ĐẶC TÍNH KHÍ BIOGAS.

2.1 Tính chất vật lý
Tính chất vật lý của biogas có ảnh hƣởng lớn đến việc lựa chọn công nghệ sử
dụng, xử lý và đốt cháy biogas.
Thành phần chính của biogas là CH4 và CO2. Các tính chất vật lý liên quan
đến chúng và sẽ đƣợc liệt kê sau đây:
Bảng 2.1 Một số tính chất của biogas. [12]
Các tính chất vật lý

Methane (CH4)

Carbon Dioxide (CO2)

Trọng lƣợng phân tử (
16,04
đvc) g/mol

44,01

Tỷ trọng

0,554

1,52

Điểm sôi (ở 1at)

144 0C

60,8 0C

Điểm đông (ở 1at)

-164,8 0C

-38,83 0C

Khối lƣợng riêng

0,66 kg/m3

1,82 kg/m3

Nhiệt độ nguy hiểm

64,44 0C

48,89 0C

Áp suất nguy hiểm

45,8 at

72,97at

Nhiệt dung

6,962.10-4 J/ kg-0C

2,643.10-4 J/ kg-0C

Tỷ lệ Cp/Cv

1,307

1,303

Nhiệt cháy

55,432 J/kg

Giới hạn cháy

5-15% Thể tích

Tỷ lệ cháy hoàn toàn 0,0947 Thể tích
trong không khí
0,0581 Khối lƣợng
Chỉ số octan

120

8
SVTH: Lê Trọng Nhân.


Chương 2 : Đặc tính khí biogas.

2.1.1 Nhiệt trị và khối lƣợng riêng.
- Nhiệt trị của nhiên liệu là nhiệt lƣợng giải phóng ra khi đốt cháy hoàn toàn
1kg nhiên liệu và sản phẩm đƣợc làm nguội tới điều kiện tiêu chuẩn, đơn vị đo là
kJ/kg hoặc MJ/kg.
- Nhiệt trị Thấp Qh: là nhiệt lƣợng thu đƣợc khi đốt cháy hoàn toàn 1 đơn vị
khối lƣợng (1 kg) hoặc 1 đơn vị thể tích (1 m3).Qh = Qo – 2,512 x (9H - W) MJ/kg.
Trong đó: Qo – Nhiệt trị cao; 2,512 MJ/kg – Nhiệt ẩn hóa hơi của 1 kg hơi nƣớc;
9H – Lƣợng hơi nƣớc hình thành khi đốt cháy H kg Hydro có trong 1 kg nhiên liệu.
W – Lƣợng hơi nƣớc chứa trong 1 kg nhiên liệu.
- Nhiệt trị Cao Qo: là nhiệt lƣợng thu đƣợc khi đốt cháy hoàn toàn 1 đơn vị
khối lƣợng (1kg) nhiên liệu có kể cả số nhiệt lƣợng tỏa ra do ngƣng tụ hơi nƣớc
chứa trong sản phẩm cháy khi ta làm lạnh nó đến nhiệt độ bằng nhiệt độ trƣớc khi
cháy. Vì vậy, Qh thấp hơn Qo một trị số bằng nhiệt ẩn hóa hơi của nƣớc chứa trong
sản phẩm cháy.
- Thông thƣờng biogas có nhiệt trị khoảng 37-50 MJ/kg. Nhiệt trị phụ thuộc
vào lƣợng khí mêtan có trong thành phần của khí biogas. Lƣợng khí CH 4 chiếm thể
tích càng lớn thì nhiệt trị càng cao (hình 2.1).

Hình 2.1 Nhiệt trị của biogas theo khối lượng riêng và phần trăm thể tích CH 4 [21].
-

Khối lƣợng riêng của CH4 : 0,66 kg/m3.

9
SVTH: Lê Trọng Nhân.


Chương 2 : Đặc tính khí biogas.

Hình 2.2 Khối lượng riêng của khí biogas theo nhiệt độ và áp suất [21].

2.1.2 Giới hạn cháy.
Giới hạn cháy của biogas là giới hạn dƣới và giới hạn trên hàm lƣợng biogas
(% thể tích biogas) trong hỗn hợp biogas/không khí mà hỗn hợp có thể cháy. Giới
hạn cháy của biogas phụ thuộc chủ yếu vào hàm lƣợng CH 4 trong khí biogas.

Hình 2.3 Giới hạn cháy phụ thuộc vào % thể tích CH 4 và hơi nước trong khí biogas
[21].
Từ đồ thị (hình 2.3) ta thấy rằng hàm lƣợng khí mêtan trong khí biogas tăng
thì giới hạn cháy giảm, giới hạn cháy là một thông số quan trong trong việc thiết kế
bộ hòa trộn biogas/ không khí của thiết bị - động cơ nhiệt, cũng nhƣ hệ thống chống
và báo cháy biogas trong hệ thống lƣu trữ và phân phối biogas.
10
SVTH: Lê Trọng Nhân.


Chương 2 : Đặc tính khí biogas.

2.1.3 Nhiệt độ cháy cao nhất.
Nhiệt độ cháy cao nhất của hỗn hợp biogas/không khí là một thông số quan
trọng ảnh hƣởng trực tiếp đến hiệu suất nhiệt, nhiệt độ của thiết bị - động cơ nhiệt
và hàm lƣợng NO x trong khí thải của các thiết bị động cơ nhiệt.

Hình 2.4 Nhiệt độ cháy phụ thuộc vào % thể tích CH 4 và hơi nước trong khí
biogas[21].
Từ đồ thị (hình 2.4) ta thấy rằng % CH 4 trong biogas càng lớn thì nhiệt độ
cháy càng cao. Nhiệt độ cháy là một thông số quan trọng trong việc thiết kế kết cấu
buồng cháy, hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn, hệ thống thải… của thiết bị động
cơ nhiệt.
2.1.4 Nhiệt độ tự cháy và chỉ số octane.
Nhiệt độ tự cháy là nhiệt độ mà ở đó vật chất tự cháy mà không cần sự hiện

diện của tia lửa hay ngọn lửa mồi. CH 4 là nhiên liệu khí có nhiệt độ tự cháy rất
cao, nên biogas có nhiệt độ tự cháy cao khoảng 482-632 °C. Với nhiệt độ tự cháy
cao nhƣ vậy CH4 đƣợc đánh giá là nhiên liệu có khả năng cháy chống kích nổ cao
với chỉ số octane 120.
Bảng 2.2 Nhiệt độ tự cháy của các nhiên liệu. [13]
Nhiên liệu

Nhiệt độ tự cháy

Chỉ số octan Chỉ số cetan

(oC)

(oF)

Methane

580

1076

120

-

Butane

500

932

>100

-

11
SVTH: Lê Trọng Nhân.