Nghiên cứu đặc tính và phát thải động cơ diesel khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPGDiesel với bộ cung cấp LPG thế hệ mới
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.11 MB, 93 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------------------------
PHẠM VIỆT CƯỜNG
NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH VÀ PHÁT THẢI ĐỘNG CƠ
DIESEL KHI SỬ DỤNG LƯỠNG NHIÊN LIỆU
LPG/DIESEL VỚI BỘ CUNG CẤP LPG THẾ HỆ MỚI
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS. PHẠM HỮU TUYẾN
HÀ NỘI - 2014
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong
các công trình nào khác!
Hà Nội, tháng 03 năm 2014
Học viên
Phạm Việt Cường
HV: Phạm Việt Cường
i
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
LỜI CẢM ƠN
Với tư cách là tác giả của bản luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến
TS. Phạm Hữu Tuyến, người đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo về mặt
chuyên môn để tôi hoàn thành bản luận văn này.
Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong Bộ môn Động cơ
đốt trong, Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí Động lực, Viện Đào tạo
Sau đại học đã giúp đỡ, tạo điều kiện cả về thời gian, về cơ sở vật chất lẫn tinh thần
trong suốt thời gian tôi học tập và làm luận văn.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những
người đã động viên và chia sẻ với tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi tham gia học tập
và làm luận văn.
Học viên
Phạm Việt Cường
HV: Phạm Việt Cường
ii
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN ………………………...………………………….……… ……..…..…….i
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... ii
MỤC LỤC .......................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .......................................................... v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ……… ….……………………… .................................. .vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ………………………………………… ........ vii
MỞ ĐẦU ………………...……………………………………………………… ............... …1
i.
Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài …………………………...5
ii.
Phương pháp nghiên cứu …………………………………………………….…….5
iii.
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn …………………………………….………5
iv.
Các nội dung chính trong đề tài …………………………………………… ….…..6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU KHÍ DẦU MỎ HÓA LỎNG (LPG) ...…7
1.1. Tính chất cơ bản của khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) ………… ............................. ……...7
1.1.1. Giới thiệu chung về LPG ………………………………………………… ...... ………...7
1.1.2. Tính chất vật lý của LPG ……………………………………………………… …….…9
1.1.3. Tính chất hóa học của LPG ……………………………………………………… …....10
1.1.4. Phân loại LPG …………………………………………………………………… .…...12
1.1.5. Ưu điểm của LPG ……………………………………………………………………..13
1.2. Tình hình sản xuất và sử dụng LPG trên thế giới và ở Việt Nam …………………..14
1.2.1. Tình hình sản xuất và sử dụng LPG trên thế giới ……………………………………..14
1.2.2. Tình hình sản xuất và sử dụng LPG ở Việt Nam ……………………………………...20
1.3. Các nghiên cứu sử dụng nhiên liệu LPG cho động cơ đốt trong …………………....23
1.3.1. Các phương án chuyển đổi động cơ chạy bằng nhiên liệu truyền thống sang sử dụng
nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) ……………………………………………………….25
1.3.1.1. Động cơ xăng ………………………………………………………………………..25
1.3.1.2. Động cơ diesel …………………………………………………………………….…26
1.3.2. Nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu LPG cho động cơ diesel trên thế giới ………………29
1.3.2.1. Về tính năng kỹ thuật động cơ sử dụng LPG ………………………………………..30
1.3.2.2. Về chất lượng khí thải động cơ sử dụng LPG ………………………………………31
1.3.3. Một số kết quả nghiên cứu sử dụng LPG trên động cơ diesel ở Việt Nam ……...……32
1.4. Kết luận chương 1 …………………………………………………………………….. 37
HV: Phạm Việt Cường
iii
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU LẮP ĐẶT HỆ THỐNG CUNG CẤP LPG THẾ HỆ MỚI
CHO ĐỘNG CƠ DIESEL D1146TI ……………………………………………………….38
2.1. Hệ thống cung cấp LPG thế hệ cũ …………………………………………………….38
2.2. Hệ thống cung cấp LPG thế hệ mới ………………………………………………...…39
2.3. Nghiên cứu lắp đặt hệ thống cung cấp LPG thế hệ mới cho động cơ diesel
D1146TI………………………………………………………………………………………42
2.3.1. Động cơ D1146TI ……………………………………………………………………..42
2.3.2. Các hệ thống chính của động cơ D1146TI …………………………………………….44
2.3.2.1. Hệ thống nhiên liệu ………………………………………………………………….44
2.3.2.2. Hệ thống bôi trơn ……………………………………………………………………45
2.3.2.3. Hệ thống làm mát …………………………………………………………………... 46
2.3.2.4. Cụm tuabin-máy nén ………………………………………………………………...47
2.3.2. Nghiên cứu lắp đặt hệ thống LPG lên động cơ D1146TI ……………………………..47
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ DIESEL D1146TI SỬ DỤNG
LƯỠNG NHIÊN LIỆU LPG/DIESEL TRÊN BĂNG THỬ ……………………………..50
3.1. Trang thiết bị thử nghiệm ……………………………………………………………..50
3.1.1. Phanh thử động cơ …………………………………………………………………….50
3.1.2. Thiết bị điều chỉnh tay ga THA100 (Throttle actuator) ……………………………….50
3.1.3. Cân nhiên liệu ............................................................................................................ 50
3.1.4. Thiết bị phân tích thành phần phát thải ..................................................................... .51
3.2. Thử nghiệm động cơ trên băng thử …… ................................................................... 55
3.2.1. Phương pháp bố trí thiết bị thử nghiệm …………………………………………….…55
3.2.2. Hiệu chỉnh bộ cung cấp LPG ………………………………………………………….57
3.2.3. Chế độ thử nghiệm …………………………………………………………………….57
3.3. Nghiên cứu đặc tính và phát thải động cơ với các tỷ lệ cung cấp LPG khác nhau…59
3.3.1. Đánh giá hàm lượng phát thải theo đặc tính tốc độ với các tỷ lệ cung cấp LPG/diesel..59
3.3.2. Đánh giá phát thải động cơ theo chu trình thử ECE R 49 (tiêu chuẩn Euro II) với giclơ
số 5 đã chọn………………………………………………………………………………...…70
3.4. Kết luận chương 3 ………………………………………………………..…………….75
Kết luận chung và kiến nghị ……………………………………………………………..…76
Tài liệu tham khảo……………………………………….…………..…………………..…. 78
Phụ lục ………………………………...…………………………………………………….. 80
HV: Phạm Việt Cường
iv
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
LPG
Khí dầu mỏ hóa lỏng
HV
Nhiệt trị theo thể tích của LPG
A/F
Tỷ lệ không khí / nhiên liệu
LNG
Khí tự nhiên hóa lỏng
CNG
Khí tự nhiên nén
ELC
Bộ điều khiển điện tử hệ thống cung cấp LPG
PC
Máy tính
CB
Cảm biến
ADC
Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số
COM
Cổng nối tiếp để kết nối máy tính và vi xử lý
VXL
Vi xử lý
W0
Chỉ số Wobbe
Trọng lượng riêng của LPG
HV: Phạm Việt Cường
v
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của LPG được quy định theo Quy chuẩn Việt
Nam (QCVN 8:2012/BKHCN)…………………………………………………….. …8
Bảng 1.2. Tính chất của các thành phần chủ yếu trong LPG ………………………...10
Bảng 1.3. Thành phần các chất chủ yếu có trong khí hóa lỏng LPG ………………...12
Bảng 1.4. So sánh đặc tính của xăng, dầu diesel và LPG ……………………………14
Bảng 1.5. Thị trường LPG – Autogas năm 2007 …………………………………….19
Bảng 1.6. Dự báo cung cầu LPG Việt Nam (nghìn tấn) – Nguồn do Purvin & Gertz..22
Bảng 1.7. Độ khói (FSN) trong khí thải với các áp suất LPG khác nhau ……………34
Bảng 1.8. Kết quả đo tiêu hao nhiên liệu (kg/h) …………………………………..…35
Bảng 1.9. Kết quả đo khí thải theo chu trình Châu Âu ECE R49 ……………………35
Bảng 2.1. Thông số cơ bản của động cơ D1146TI ……………………………….….42
Bảng 3.1: So sánh mức độ thay đổi phát thải với các gic lơ khác nhau ở 100% tải…64
Bảng 3.2: So sánh mức độ thay đổi phát thải với các gic lơ khác nhau ở 75% tải.…..68
Bảng 3.3. Chế độ đo trong chu trình thử ECE R49 với động cơ D1146TI ……….….71
Bảng 3.4. Kết quả đo phát thải theo chu trình thử ECE R49………………….…...…74
HV: Phạm Việt Cường
vi
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ
Hình 1.1: Cấu trúc hóa học của các thành phần trong nhiên liệu LPG ........................ 11
Hình 1.2: Sản lượng (triệu tấn) LPG trên toàn cầu ...................................................... 15
Hình 1.3: Tỷ trọng tiêu thụ LPG trên toàn cầu năm 2006 ........................................... 16
Hình 1.4: Tỷ trọng tiêu thụ LPG trên toàn cầu theo lĩnh vực sử dụng năm 2006 ......... 16
Hình 1.5: So sánh phát thải động cơ đạt tiêu chuẩn Euro 3 và Euro 5 khi sử dụng
xăng, diesel và LPG ………………………………………………………………….. . 32
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống cung cấp LPG cho động cơ ................................................ 33
Hình 1.7: So sánh hàm lượng HC và CO (g/kWh) ...................................................... 36
Hình 1.8: So sánh hàm lượng NOx và PM ................................................................. 36
Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống bộ chuyển đổi LPG thế hệ cũ .............................................. 38
Hình 2.2: Sơ đồ tổng thể hệ thống cung cấp LPG thế hệ mới cho động cơ diesel...….. 39
Hình 2.3: Sơ đồ cung cấp LPG vào động cơ ................................................................ 40
Hình 2.4: Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống cung cấp LPG ...................................... 41
Hình 2.5: Động cơ diesel D1146TI ............................................................................ 42
Hình 2.6: Mặt cắt dọc động cơ D1146TI…………………………………………….... 43
Hình 2.7: Mặt cắt ngang động cơ D1146TI …………………………………………. . 44
Hình 2.8: Hệ thống nhiên liệu động cơ D1146TI……………………………………. . 45
Hình 2.9: Hệ thống bôi trơn động cơ D1146TI……………………………………… .. 46
Hình 2.10: Hệ thống làm mát động cơ D1146TI…………………………………….. . 46
Hình 2.11: Cụm tuabin- máy nén (hệ thống tăng áp trên động cơ D1146TI)……….. .. 47
Hình 2.12: Lắp đặt hệ thống cung cấp LPG trên động cơ D1146TI ............................ 48
Hình 2.13: Vị trí lắp vòi phun LPG và cảm biến áp suất tăng áp ................................ 49
Hình 3.1: Thiết bị điều chỉnh tay ga THA100 và hộp tín hiệu của nó ......................... 50
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý đo của AVL Fuel balance 733s ........................................ 51
Hình 3.3: Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích CO ............................................................. 52
Hình 3.4: Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích NO và NOX ................................................ 53
Hình 3.5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống đo CnHm ................................................................. 54
HV: Phạm Việt Cường
vii
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Hình 3.6: Thiết bị đo độ đen Smoke Meter AVL 415 ............................................... 55
Hình 3.7: Hệ thống lấy mẫu chất thải dạng hạt Smart Sampler ................................. 55
Hình 3.8: Sơ đồ băng thử động cơ ............................................................................ 56
Hình 3.9: 5 loại gic lơ có đường kính khác nhau ...................................................... 57
Hình 3.10: Các vị trí lắp thử nghiệm vòi phun LPG trên động cơ ............................. 58
Hình 3.11: Công suất động cơ ở 100% và 75% tải ................................................... 58
Hình 3.12: Phát thải CO tại 100% tải khi sử dụng 5 loại giclơ................................... 59
Hình 3.13: Phát thải HC tại 100% tải khi sử dụng 5 loại giclơ................................... 60
Hình 3.14: Phát thải NOX tại 100% tải khi sử dụng 5 loại giclơ................................. 61
Hình 3.15: Độ đen của khí thải tại 100% tải khi sử dụng 5 loại giclơ………… …….62
Hình 3.16: Phát thải CO2 tại 100% tải khi sử dụng 5 loại giclơ…….……… . ………63
Hình 3.17: Mức độ thay đổi các thành phần phát thải ở 100% tải………….….. ……64
Hình 3.18: Phát thải CO tại 75% tải khi sử dụng 5 loại giclơ………………… ….....66
Hình 3.19: Phát thải HC tại 75% tải khi sử dụng 5 loại giclơ……………… …….…66
Hình 3.20: Phát thải NOx tại 75% tải khi sử dụng 5 loại giclơ……………… ……...67
Hình 3.21: Độ đen tại 75% tải khi sử dụng 5 loại giclơ……………………… ..……67
Hình 3.22: Phát thải CO2 tại 75% tải khi sử dụng 5 loại giclơ………………… . ..….68
Hình 3.23: Mức độ thay đổi các thành phần phát thải ở 75% tải……………….. .…..69
Hình 3.24: Tỷ lệ thay thế LPG với 5 loại giclơ………………………………… …....70
Hình 3.25: Chu trình thử ECE R49……………………………………………… ..…70
Hình 3.26: Phát thải CO đo theo chu trình thử ECE R49 ………………………...…. 72
Hình 3.27: Phát thải HC đo theo chu trình thử ECE R49 ……………………...……. 72
Hình 3.28: Phát thải NOX đo theo chu trình thử ECE R49 ………………………….. 73
Hình 3.29: Phát thải CO2 đo theo chu trình thử ECE R 49 …………………………..73
Hình 3.30: Hàm lượng phát thải theo chu trình thử ECE R49………………… ….…74
HV: Phạm Việt Cường
viii
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
MỞ ĐẦU
Việt Nam với sự phát triển nhanh chóng của công nghiệp, thu nhập của
người dân và số lượng các phương tiện giao thông vận tải (GTVT) làm cho nhu cầu
sử dụng năng lượng ngày càng tăng cao, đặc biệt là dầu mỏ. Trung bình mỗi ngày
thế giới tiêu thụ hết khoảng 87 triệu thùng dầu thô, chủ yếu ở các nước như Mỹ,
Trung Quốc, Nhật Bản…Việc sử dụng nhiên liệu gốc hóa thạch sẽ thải ra các chất
độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe con người, môi trường và phát thải khí hiệu ứng
nhà kính, dẫn tới biến đổi khí hậu, trái đất ấm dần lên, hiện tượng băng tan…Ở Việt
Nam theo báo cáo Môi trường Quốc gia năm 2007- Môi trường không khí đô thị
được Bộ tài nguyên và Môi trường (TN-MT) công bố ngày 12/08/2008 tại Hà Nội
thì nguồn gây ô nhiễm không khí lớn nhất tại các đô thị là các hoạt động giao thông
vận tải, sau đó là hoạt động công nghiệp và các hoạt động khác. Đồng thời, theo số
liệu tại hội nghị Fuels and Lubes lần thứ 15 diễn ra tại Hà Nội năm 2009 cũng nêu
rõ: Việt Nam là nước có lượng khí thải dạng hạt PM và khí CO2 do các phương tiện
giao thông gây ra là lớn nhất Châu Á (khoảng 600.000 tấn/năm khí thải dạng hạt
PM và khí CO2 khoảng 2 triệu tấn/năm). Ngoài ra, còn có một lượng đáng kể các
chất gây ô nhiễm khác như CO, NOx, hơi xăng dầu, đặc biệt là bồ hóng,…
Thanh Hóa nằm ở cửa ngõ nối liền Bắc Bộ với Trung Bộ, cách Thủ đô Hà
Nội và Vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ khoảng 150 km về phía Nam, có đường
biên giới dài 192 km, bờ biển dài 102 km, diện tích tự nhiên 11.116 km2, được chia
làm 27 đơn vị hành chính, trong đó có 1 thành phố và 2 thị xã, dân số 3,45 triệu
người. Thanh Hóa là tỉnh có số dân đông thứ 3 trong cả nước, sau Hà Nội và Thành
phố Hồ Chí Minh. Tại đây, cùng với việc phát triển kinh tế xã hội là sự phát triển về
hệ thống giao thông với đầy đủ loại hình giao thông: đường bộ, đường sắt, đường
biển và đường hàng không. Tuy nhiên bên cạnh đó, số lượng phương tiện tham gia
lưu thông cũng gia tăng gây nên sự gia tăng ô nhiễm không khí, nhất là khu vực đô
thị do giao thông gây ra chiếm tỷ lệ khoảng 70%. Tốc độ phát triển của các phương
tiện giao thông, lưu lượng xe lớn và chất lượng nhiên liệu sử dụng chưa tốt (hàm
lượng benzen khoảng 5% so với 1% ở các nước trong khu vực), ngoài ra còn nhiều
HV: Phạm Việt Cường
1
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
khí thải độc hại khác như: CO, NOX, PM, …Qua thực tế lấy mẫu khảo sát và phân
tích mẫu tại các trạm đăng kiểm ở Thanh hóa có thể sơ bộ đánh giá chất lượng các
loại ô tô lưu hành trên địa bàn (theo tiêu chuẩn TCVN 6436-1998 và TCVN 64381998 ở mức cao nhất) thì có tới 60% số xe ô tô lắp động cơ diesel (chủ yếu là xe tải,
xe khách và xe buýt), gần 15% số xe lắp động cơ xăng và khoảng 25% số xe máy
đang lưu hành không đạt yêu cầu về một trong các tiêu chuẩn cho phép. Đó là
những nguyên nhân chính gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường tại Thành phố
Thanh Hóa nói riêng và các thành phố lớn khác ở Việt Nam nói chung.
Cạnh tranh trong lĩnh vực năng lượng hóa thạch đang ngày càng diễn biến
khốc liệt và tiềm ẩn nhiều bất ổn, trong bối cảnh trữ lượng dầu đang dần cạn kiệt so
với tốc độ khai thác ngày càng lớn. Đa dạng hóa ngành năng lượng và giảm sự phụ
thuộc vào năng lượng hóa thạch là một trong những mục tiêu hàng đầu của các
nước lớn như Mỹ, Canada, Brasil, Đức, Nhật Bản… Nhiên liệu thay thế (NLTT)
cho động cơ đốt trong được xem là một trong những giải pháp quan trọng và nhận
được sự quan tâm lớn của thế giới, sử dụng và tiềm năng của các loại NLTT trên thế
giới và ở Việt Nam, một số ảnh hưởng của NLTT đến tính năng, phát thải, độ bền
và tuổi thọ động cơ cũng được đề cập thông qua các nghiên cứu trên thế giới và các
nghiên cứu thực nghiệm gần đây ở Việt Nam.
Để giải quyết vấn đề ô nhiễm không khí do các phương tiện vận tải gây ra tại
các đô thi và bài toán nhiên liệu thay thế có ba giải pháp chính sau:
- Kiểm tra, giám sát việc thực hiện tiêu chuẩn khí phát thải đối với các loại
phương tiện lưu thông kết hợp với việc sử dụng động cơ thế hệ mới.
- Nghiên cứu sử dụng các loại nhiên liệu tái tạo có nguồn gốc thực vật (biofuel).
- Sử dụng nhiên liệu thay thế từ khí (LPG, CNG,…) hoặc nâng cao phẩm cấp
của nhiên liệu diesel, xăng bằng cách sử dụng công nghệ hiện đại xử lý sâu trong
các nhà máy lọc dầu.
Qua kết quả bước đầu triển khai áp dụng các giải pháp trên cho thấy:
HV: Phạm Việt Cường
2
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
+ Giải pháp thứ nhất chúng ta đã triển khai từ ngày 01/07/2007 theo đó toàn
bộ các phương tiện giao thông cơ giới đường bộ được sản xuất hoặc nhập khẩu sau
thời hạn trên sẽ phải tuân thủ theo tiêu chuẩn EUROII về khí thải mới được lưu
hành. Nhưng việc kiểm tra giám sát cũng gặp rất nhiều khó khăn do thiết bị kiểm tra
giám sát của chúng ta không đồng bộ, thiếu hiện đại, ý thức chấp hành của chủ
phương tiện cũng còn nhiều hạn chế. Mặt khác chúng ta còn một số lượng lớn xe
không đạt tiêu chuẩn do nhập khẩu trước năm 2007 nhưng vẫn được lưu hành đến
năm 2020.
+ Giải pháp thứ hai cũng đã và đang được triễn khai, nhưng hiện nay tại Việt
Nam việc sản xuất và sử dụng nhiên liệu thay thế là nhiên liệu sinh học chưa nhiều,
hầu hết ở qui mô nhỏ lẻ. Năm 2007, Thủ Tướng chính phủ đã ra quyết định số
177/2007/QĐ-TTg về “Dự án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm
nhìn 2025” Mục tiêu đến năm 2015, sản xuất được 250 nghìn tấn ethanol và biodiesel, đáp ứng 1% nhu cầu nhiên liệu, và tầm nhìn 2025 kà 1.8 triệu tấn ethanol và
bio-diesel, đáp ứng được 5% nhu cầu nhiên liệu. Cùng với đó là những khuyến
khích về tài chính như trợ giá, miễn thuế…cho các tổ chức, cá nhân trong và ngoài
nước đầu tư vào lĩnh vực năng lượng tái tạo, đây là một hướng đi đúng đắn và hợp
với xu thế của thế giới, song đến nay việc sản xuất và sử dụng nhiên liệu thay thế
vẫn còn hạn chế, việc qui hoạch vùng trồng nguyên liệu cho quá trình sản xuất các
loại NLSH cũng đang là vấn đề lớn cần giải quyết vì nó ảnh hưởng không nhỏ đến
An ninh lương thực của Quốc gia.
+ Giải pháp thứ 3 được đề xuất thực hiện với mục tiêu đưa ra hướng giải
quyết tích cực và hiệu quả, giảm thiểu một phần nguồn gốc vấn đề gầy ô nhiễm môi
trường tại các đô thị hiện nay, góp phần đa dạng hóa nguồn nhiên liệu đảm bảo an
ninh năng lượng quốc gia. Xét về mặt năng lượng và môi trường cũng như nguồn
nguyên liệu ở Việt nam thì việc sử dụng khí thiên nhiên để chạy phương tiện giao
thông về lâu dài là tối ưu nhất. Khí thiên nhiên ở nước ta có trữ lượng lớn và chúng
ta đang khai thác để cung cấp năng lượng cho các nhà máy nhiệt điện và sản xuất
phân đạm. Mặt khác một khối lượng lớn khí thiên nhiên thu được từ các mỏ dầu đã
HV: Phạm Việt Cường
3
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
và sắp khai thác của ta hứa hẹn một nguồn năng lượng sạch dồi dào để phát triển
kinh tế quốc dân trong đó có ngành giao thông vận tải. Tuy nhiên việc sử dụng và
phân phối khí thiên nhiên gia dụng trong thành phố chưa được thiết lập. Vì vậy
trong điều kiện của nước ta từ nay đến 2020, sử dụng khí dầu mỏ hoá lỏng LPG để
chạy phương tiện giao thông trong đô thị là phù hợp nhất. Giải pháp này trước hết
giúp chúng ta chủ động được nguồn năng lượng mặc dù LPG không dồi dào như khí
thiên nhiên.
Mặt khác, giá LPG nhập khẩu cũng rẻ hơn so với nhập khẩu nhiên liệu
khoáng, xăng hay diesel, giá nhập LPG khoảng 820 USD/tấn so với khoảng 1000
USD/tấn xăng, diesel (theo bảng giá tháng 1/2010).
Tại Việt Nam cho đến năm 2009 chúng ta mới chỉ có duy nhất Nhà máy chế
biến khí Dinh Cố sản xuất LPG (sản lượng khoảng 29.000 tấn/tháng) phục vụ cho
công nghiệp và dân dụng. Từ qúy II năm 2009, nhà máy lọc dầu Dung Quất chính
thức đi vào hoạt động, đã cho ra sản phẩm LPG thương mại đầu tiên và trong tương
lai khi các nhà máy lọc, hoá dầu khác như Nghi Sơn, Long Sơn,… hoàn thành theo
qui hoạch PVN đã phê duyệt thì sản lượng khí đồng hành của các nhà máy trên sẽ là
nguồn cung cấp LPG lớn tương ứng với tổng sản lượng LPG sản xuất trong nước đáp
ứng được 80% nhu cầu tiêu thụ, lúc đó chúng ta hoàn toàn có khả năng độc lập về
nguồn cung LPG.
Trong thời gian vừa qua đã có nhiều tổ chức và đơn vị tại Việt Nam nghiên
cứu chuyển đổi động cơ diesel cỡ nhỏ và vừa sử dụng LPG dạng đơn nhiên liệu và
lưỡng nhiên liệu diesel/LPG. Nhưng việc sử dụng dạng đơn nhiên liệu LPG cũng
chưa thực sự khả thi, vì chi phí đầu tư ban đầu lớn do phải thay đổi hoàn toàn kết
cấu của động cơ diesel (hiện nay trên thế giới chỉ có Australia là nước đầu tiên thay
đổi toàn bộ động cơ diesel của xe tải nặng sang sử dụng 100% nhiên liệu LPG).
Để tiết kiệm chi phí đầu tư ban đầu thì việc sử dụng công nghệ chuyển đổi
động cơ diesel từ dạng sử dụng đơn nhiên liệu diesel sang sử dụng dạng lưỡng
nhiên liệu diesel/LPG mà không cần thay đổi kết cấu của động cơ là phù hợp hơn cả
và cũng là công nghệ đang được nghiên cứu thử nghiệm ở các nước phát triển trên
HV: Phạm Việt Cường
4
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
thế giới. Việc chuyển đổi thành công có ý nghĩa lớn về mặt kinh tế, kỹ thuật và đảm
bảo tính khả thi cao.
Nhằm xây dựng cơ sở cho việc chuyển đổi và phát triển động cơ diesel sang
sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG trong thời gian tới, đề tài “Nghiên cứu đặc
tính và phát thải động cơ diesel khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel với bộ
cung cấp LPG thế hệ mới” là một hướng đi đúng, đáp ứng được tính khoa học và
thực tiễn..
i- Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài:
+ Mục đích nghiên cứu:
Đánh giá được tính năng kinh tế kỹ thuật và phát thải động cơ diesel lắp trên
xe buýt khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel với bộ cung cấp LPG thế hệ mới.
+ Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đề tài được tiến hành trên động cơ mẫu diesel D1146TI do hãng Daewoo
(Hàn Quốc) chế tạo. Đây là loại động cơ được lắp phổ biến trên xe buýt đang lưu
hành ở Việt Nam. Các thử nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm Động cơ đốt
trong - Viện Cơ khí động lực - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. .
ii- Phương pháp nghiên cứu:
Đề tài tổng hợp các kết quả nghiên cứu về công nghệ chuyển đổi từ động cơ
sử dụng đơn nhiên liệu sang sử dụng lưỡng nhiên liệu. Sử dụng phương pháp thực
nghiệm để đánh giá tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ lưỡng nhiên
liệu LPG/diesel.
iii- Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn:
Phân tích nguyên lý kết cấu và lắp đặt hệ thống cung cấp LPG thế hệ mới
lên động cơ diesel,
Đánh giá được ảnh hưởng của tỷ lệ cung cấp LPG tới tính năng và phát thải
động cơ diesel sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel.
Kết quả đề tài góp phần thúc đẩy việc sử dụng nhiên liệu thay thế cho nhiên
liệu truyền thống trên các loại phương tiện giao thông vận tải và là hướng mở tiêu
HV: Phạm Việt Cường
5
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
thụ cho nguồn nhiên liệu LPG, như một xu hướng tất yếu để đảm bảo an ninh năng
lượng, giảm thiểu đáng kể ô nhiễm môi trường, đem lại hiệu quả kinh tế cao.
iv- Các nội dung chính trong đề tài:
Thuyết minh của đề tài được trình bầy theo các phần như sau:
Chương 1. Tổng quan về nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG)
Chương 2. Nghiên cứu lắp đặt hệ thống cung cấp LPG thế hệ mới cho động cơ
diesel D1146TI
Chương 3. Nghiên cứu thử nghiệm động cơ diesel D1146TI sử dụng lưỡng
nhiên liệu LPG/diesel trên băng thử
Kết luận chung của đề tài
HV: Phạm Việt Cường
6
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chương 1. Tổng quan về nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG)
1.1. Tính chất cơ bản của khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG)
1.1.1. Giới thiệu chung về LPG:
LPG là từ viết tắt của Liquefied Petroleum Gas, là hỗn hợp hydrocarbon nhẹ,
ở thể khí. 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. Thành phần chính của LPG là Propane (C3H8)
và Butane (C4H10) được nén theo tỷ lệ % Propane/%Butane. Trong thực tế, thành
phần hỗn hợp các chất có trong khí hóa lỏng LPG không thống nhất. Tùy theo tiêu
chuẩn của các nước, của các khu vực mà tỉ lệ thành phần trong LPG khác nhau, có
khi tỉ lệ giữa Propane và Butane là 50/50 hay 30/70 hoặc có thể lên đến 95/5 như
tiêu chuẩn của HD-5 của Mỹ. LPG được phát hiện và sử dụng từ những năm đầu thế
kỷ 19, đến những năm 50 của thế kỷ 20. Ngày nay, LPG được sử dụng thay thế cho
các loại nhiên liệu truyền thống như than, củi, điện… Việc sử dụng sản phẩm này
mang đến nhiều ưu điểm thiết thực như chất lượng sản phẩm đồng đều, tiện lợi và
tiết kiệm
LPG là loại nhiên liệu thông dụng về tính đa năng và thân thiện với môi
trường. Có thể dễ dàng chuyển đổi LPG từ thể khí sang thể lỏng bằng việc tăng áp
suất thích hợp hoặc giảm nhiệt độ để dễ tồn trữ và vận chuyển. Quá trình cháy của
LPG trong động cơ sinh ra ít chất NOx, một thành phần khí độc hại quan trọng trong
khí thải động cơ, làm cho LPG trở thành một trong những nguồn nhiên liệu thân
thiện nhất với môi trường.
LPG lỏng chứa rất nhiều năng lượng trong một không gian nhỏ và nó có thể
hóa hơi được nên cháy rất tốt. Mỗi kg gas cung cấp khoảng 12.000 kcal năng lượng.
LPG là chất không mầu, không mùi (thường làm cho LPG có mùi bằng cách
cho chất tạo mùi vào trước khi cung cấp cho người tiêu dùng để dể ràng phát hiện
khi rò rỉ gas), dễ cháy.
LPG nặng hơn không khí, trọng lượng bằng khoảng một nửa trọng lượng
nước. LPG không chứa chất độc nhưng có thể gây ngạt thở.
HV: Phạm Việt Cường
7
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Bảng 1.1: Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của LPG được quy định theo Quy chuẩn Việt
Nam (QCVN 8:2012/BKHCN)
Số
TT
Tên chỉ tiêu
Propan
thương
phẩm
Butan
thương
phẩm
Hỗn hợp
butan,
propan
thương
phẩm
Phương pháp thử
1
Áp suất hơi ở 37,8 oC,
kPa, không lớn hơn
1430
485
1430
TCVN 8356
(ASTM D 1267)
2
Lượng cặn sau khi bay
hơi 100 ml, ml, không
lớn hơn
0,05
0,05
0,05
TCVN 3165
(ASTM D 2158)
3
Ăn mòn tấm đồng, không
lớn hơn
Loại 1
Loại 1
Loại 1
TCVN 8359
(ASTM D 1838)
4
Hàm lượng lưu huỳnh
tổng, mg/kg, không lớn
hơn
185
140
140
TCVN 8363
(ASTM D 2784)
hoặc ASTM D
6667
5
Hàm lượng butadien, %
mol, không lớn hơn
0,5
0,5
0,5
TCVN 8360
(ASTM D 2163)
6
Pentan và các chất nặng
hơn, % thể tích, không
lớn hơn
_
2,0
2,0
TCVN 8360
(ASTM D 2163)
7
Butan và các chất nặng
hơn, % thể tích, không
lớn hơn
2,5
_
_
TCVN 8360
(ASTM D 2163)
8
Olefin, % thể tích, không
lớn hơn
Công bố
- khí đốt dân dụng
10,0
- nhiên liệu cho động cơ
-
Công bố
Công bố
10,0
10,0
-
-
TCVN 8360
(ASTM D 2163)
- khí đốt công nghiệp
LPG có độ sạch cao, không lẫn tạp chất ăn mòn và các tạp chất có chứa lưu
huỳnh, không gây ăn mòn các phương tiện vận chuyển và tồn chứa. Khi cháy, LPG
ít gây ô nhiễm môi trường, không gây độc hại kể cả khi LPG tiếp xúc trực tiếp với
HV: Phạm Việt Cường
8
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
thực phẩm. LPG là loại khí đốt thuận tiện cho việc vận chuyển và tồn chứa do khả
năng hóa lỏng ở áp suất không quá cao, ở nhiệt độ thường áp suất hóa lỏng là 0,6 0,8MPa. Do vậy, đặc trưng của LPG là được tồn chứa ở trạng thái bão hòa, tức là
tồn tại ở dạng lỏng và hơi nên với thành phần không đổi, áp suất bão hòa trong bình
chứa không phụ thuộc vào lượng LPG chứa trong bồn mà hoàn toàn phụ thuộc vào
nhiệt độ bên ngoài.
LPG có tỷ lệ giãn nở lớn từ dạng lỏng sang dạng hơi. Nhờ hệ số giãn nở này
mà LPG trở nên kinh tế hơn khi bảo quản và vận chuyển dưới dạng lỏng.
Vì vậy, các bình chứa LPG không bao giờ được nạp đầy, chúng được quy
định chỉ chứa từ 80% tới 85% dung tích toàn bình để có không gian cho LPG giãn
nở khi nhiệt độ tăng.
Giới hạn cháy nổ của hỗn hợp không khí - hơi LPG hay trong hỗn hợp oxy hơi LPG là phần trăm thể tích hơi LPG để tự bắt cháy nổ.
Giới hạn bắt cháy nổ của LPG trong không khí khá hẹp, chỉ từ 1,5 - 10%,
chính vì vậy mà LPG khá an toàn so với các nhiên liệu khí khác. Quá trình nổ xảy
ra khi có đủ cả lượng không khí và LPG được bắt lửa để tạo nên một lượng nhiệt
lớn và chuyển động trong không khí với một thời gian rất ngắn. Nếu nhiệt được giải
phóng từ từ, việc đốt cháy nhiên liệu sẽ gây ra cháy chứ không phải nổ. Khi đạt tới
giới hạn cháy, dưới tác dụng của nguồn nhiệt hoặc ngọn lửa thì LPG sẽ bắt cháy
làm phá hủy thiết bị, cơ sở vật chất, công trình. Điều này có ý nghĩa quan trọng với
việc thông gió và tạo dòng không khí chuyển động trong việc bảo quản và vận
chuyển.
1.1.2. Tính chất vật lý của LPG
Ở nhiệt độ lớn hơn 0oC trong môi trường không khí bình thường với áp suất
bằng áp suất khí quyến, LPG bị biến đổi từ thể lỏng thành thể hơi theo tỉ lệ thể tích
1 lít LPG thể lỏng hoá thành khoảng 250 lít ở thể hơi. Vận tốc bay hơi của LPG rất
nhanh, dễ dàng khuyếch tán, hòa trộn với không khí thành hỗn hợp cháy nổ.
Tỷ trọng LPG nhẹ hơn so với nước: đối với butan từ 0,55 - 0,58 lần, propan
từ 0,5 - 0,53 lần; Ở thể hơi (gas) trong môi trường không khí với áp suất bằng áp
HV: Phạm Việt Cường
9
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
suất khí quyển, gas nặng hơn so với không khí: đối với butan là 2,07 lần; propan là
1,55 lần. Do đó hơi LPG 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…
LPG ở trạng thái nguyên chất không có mùi nhưng do LPG nặng hơn không
khí khi bay hơi, mặt khác nó lại có xu hướng chìm và tích tụ. Một lượng LPG có thể
đủ để gây ngạt nếu nó chiếm chỗ của oxy. Do đó trong LPG người ta thường pha
trộn thêm chất tạo mùi hăng Mercaptan với tỉ lệ nhất định để có mùi đặc trưng
nhằm phát hiện ra hiện tượng rò rỉ khí gas.
LPG lỏng gây bỏng nặng trên da khi tiếp xúc trực tiếp, nhất là với dòng LPG
rò rỉ trực tiếp vào da nếu không có trang bị bảo hộ lao động.
Nhiệt độ của LPG khi cháy rất cao từ 1900oC÷1950oC, có khả năng đốt cháy
và nung nóng chảy hầu hết các chất. Quá trình cháy của LPG trong không khí tỏa ra
một lượng nhiệt khá lớn.
Nhiệt trị cao (Kcal/kg): min 10,98 (Phương pháp thử: ASTM-D2598)
Tỉ trọng ở 15.6/15.6oC: 0,53-0,56 (Phương pháp thử: ASTM-D1657)
Bảng 1.2: Tính chất của các thành phần chủ yếu trong LPG.
Propan
n-butan
iso-butan
Công thức hóa học
C3H8
C4H10
C4H10
Nhiệt độ sôi (oC )
-42,1oC
+1,0
-0,5
111
102
94
15,71
15,49
15,49
481
544
441
46,34
45,55
45,70
9
13
Trị số octan nghiên cứu (RON)
Hệ số tỷ lệ A/F (kg/kg)
Nhiệt độ tự bắt cháy (oC )
Nhiệt trị thấp (MJ/kg)
Chỉ số Cetane
1.1.3. Tính chất hóa học của LPG
LPG có thành phần chủ yếu là Propan và Butane, ngoài ra, tuỳ thuộc vào
nguồn nhiên liệu khi chế biến mà trong thành phần của nó có thể có một lượng nhỏ
HV: Phạm Việt Cường
10
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
olefin như propen, buten. Trong đó propan chỉ có duy nhất ở dưới dạng mạch thẳng,
butane có thể ở dưới dạng mạch thẳng hoặc mạch nhánh (n-butane và iso-butane).
Công thức hoá học và cấu trúc phân tử trong nhiên liệu LPG được giới thiệu
tại hình 1.1.
Hình 1.1: Cấu trúc hóa học của các thành phần trong nhiên liệu LPG
Phương trình cháy:
C3H8+5O2→3CO2+4H2O+to
2C4H10+13O2 → 8 CO2+10 H2O+ to
Khi không có đủ lượng ôxy cần thiết thì cacbon mônôxít hay thậm chí là muội
than có thể tạo ra, như được chỉ ra dưới đây cho mêtan:
2CH4 + 3O2 → 2CO + 4H2O
CH4 + O2 → C + 2H2O
Các ankan trong LPG thông thường cháy với ngọn lửa không sáng và tạo ra rất
ít muội than.
Thành phần các chất chủ yếu có trong khí dầu mỏ hóa lỏng được giới thiệu tại
hình 1.3
HV: Phạm Việt Cường
11
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Bảng 1.3: Thành phần các chất chủ yếu có trong khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG)
Các chất
Kết quả
Phương pháp phân tích
CH4(%mol)
0,00
D2163
C2H6(%mol)
0,12
D2163
C3H6(%mol)
0,00
D2163
C3H8(%mol)
51,46
D2163
C4H8(%mol)
5,42
D2163
n-C4H10(%mol)
19,46
D2163
Iso-C4H10(%mol)
20,48
D2163
C5H10(%mol)
1,30
D2163
C5H12và phần nặng
1,76
D2163
hơn(%mol)
1.1.4. Phân loại LPG
LPG có thành phần chủ yếu là propan và butan, vì vậy việc phân loại LPG
cũng khá dễ dàng. LPG đưa ra thị trường gọi là LPG thương mại, tùy thuộc vào
mục đích sử dụng và yêu cầu của từng khách hàng mà nhà sản xuất sẽ pha trộn các
thành phần một cách thích hợp. Có thể phân ra thành 3 loại LPG thương mại như
sau:
+ Propan thương mại: Có thành phần chủ yếu là hydrocacbon C3. Ở một số
nước, propan thương mại có tỉ lệ butan hoặc buten thấp, có thể có etan hoặc eten.
+ Butan thương mại: Có thành phần chủ yếu là hyrocacbon C4. Thông
thường, thành phần lớn nhất là n-butan hoặc buten-1. Cũng có thể xuất hiện một
lượng không đáng kể thành phần propan C3H8 hoặc propen C3H6 và pentan.
+ Hỗn hợp butan - propan: Thành phần của sản phẩm này phụ thuộc vào nhà
sản xuất cũng như các nhà kinh doanh địa phương, thông thường thành phần của
chúng là 50% butan, 50% propan hoặc 70% butan, 30% propan. Đây là sản phẩm
phổ biến trên thị trường Việt Nam.
HV: Phạm Việt Cường
12
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
1.1.5. Ưu điểm của LPG
Vì có thành phần hóa học tương đối đơn giản hơn các loại nhiên liệu khác
nên dễ đạt được đúng tỷ lệ pha trộn nhiên liệu, cho phép sản phẩm cháy hoàn toàn.
Điều này đã làm cho LPG có các đặc tính của một nhiên liệu cháy sạch. Sản phẩm
cháy chỉ có CO2 và hơi nước, không có hợp chất chứa lưu huỳnh và chì, hàm lượng
các khí NOx thấp, không gây ô nhiễm môi trường, không gây độc hại ngay cả khi
tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm, không làm ăn mòn các thiết bị sử dụng. Đặc biệt
sản phẩm cháy không tạo muội, tạo cặn các bon nên làm tăng thời gian sử dụng dầu
nhờn và tránh mài mòn xy lanh. Về năng suất tỏa nhiệt, LPG cao hơn hẳn so với các
loại nhiên liệu truyền thống. Nhiệt lượng do LPG tạo ra cao hơn so với xăng và cao
gần gấp đôi so với các loại xe khác chạy metanol và etanol.
Cả propan và butan 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
chở trong các bình hay bồn gas đến người tiêu dùng.
LPG là loại nhiên liệu thay thế tốt cho xăng trong các động cơ đánh lửa
cưỡng bức.
LPG là 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 chất làm thủng tầng
ôzôn.
Với các đặc tính là nguồn nhiên liệu cháy 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.
Tính phổ biến và tương thích với các loại xe như sau: nếu xe chạy xăng là
100% thì xe sử dụng diesel là 120%, LPG là 74%, LNG là 65% (khí tự nhiên hóa
lỏng), CNG 25% (khí tự nhiên nén dưới áp suất cao), metanol 56%, và etanol là
66%. Có nghĩa là nếu xe chạy xăng có độ phổ biến và tương thích để áp dụng vào
sản xuất và tiêu dùng là 100% thì xe chạy diesel có tính phổ biến, tương thích cao
hơn, việc sản xuất và sử dụng dễ dàng hơn (120%), còn xe chạy LPG có khó khăn
trong việc sử dụng và sản xuất nên tình phổ biến và tương thích thấp hơn (74%).
HV: Phạm Việt Cường
13
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Bảng 1.4: So sánh đặc tính của xăng, dầu diesel và LPG
Đặc tính
Đơn vị
Màu, mùi
Xăng
Diesel
LPG
Có
Có
Không
Tỉ trọng
Kg/lít
0,72÷0,77
0,82÷0,87
0,54÷0,56
Nhiệt trị thấp
Mj/kg
42,9
42,7
46
Hệ số AF
14,4
14,5
15,5
Chỉ số Octan
85
20÷40
110÷120
Trị số octan: Theo nghiên cứu trị số octan - motor của LPG (butan 102/89,
propan 111/96) cao hơn so với xăng không chì từ 5-12 đơn vị, do đó có thể tăng
được 3-5% hiệu suất nhiệt theo lý thuyết. Với đặc tính chống kích nổ rất cao nên
hiệu suất, công suất động cơ được cải thiện. Trên thực tế cho thấy đặc điểm cháy
sạch của LPG đã giảm hẳn các yêu cầu về bảo dưỡng động cơ, kéo dài thời gian sử
dụng dầu nhờn, tăng tuổi thọ hệ thống đánh lửa và tuổi thọ động cơ. Giảm quá trình
tạo cặn các bon do đó giảm mức độ kẹt xước, mài mòn đồng thời không làm mất
phẩm chất của dầu bôi trơn. LPG không làm loãng màng dầu mỏng trên bề mặt
thành xy lanh nên rất có ý nghĩa khi khởi động động cơ.
1.2. Tình hình sản xuất và sử dụng LPG trên thế giới và ở Việt Nam
1.2.1. Tình hình sản xuất và sử dụng LPG trên thế giới
Từ thập niên 90 đến nay, lượng LPG sản xuất trên toàn cầu liên tục tăng
(trung bình 5-10%/năm) và dự đoán vẫn tiếp tục tăng trong những năm tới.
Tổng nguồn cung LPG trên thế giới năm 2008 đạt 239 triệu tấn từ mức 198 triệu tấn
năm 2000. Tốc độ tăng trưởng nguồn cung LPG thế giới khoảng 2,4%/năm trong
giai đoạn 2000-2008. Năm 2010, tổng sản lượng LPG trên toàn thế giới đạt đến 249
triệu tấn, dự kiến đến năm 2015 đạt 291,7 triệu tấn theo nhận định của
Purvin&Gertz. Trong đó, 60% LPG được sản xuất từ quá trình xử lý, 39,5% sản
xuất từ các nhà máy lọc dầu và còn lại 0,5% từ các nguồn khác.
Khu vực châu Á – Thái bình dương có tốc độ tăng trưởng nhanh, từ năm
2010 đến nay tăng khoảng 4.6% là khu vực sản xuất LPG lớn thứ hai trên thế giới
trong giai đoạn 2000-2008, sau Trung Đông. Hơn 90% sản lượng tăng lên là từ các
HV: Phạm Việt Cường
14
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
nhà máy lọc dầu ở Trung Quốc. Hầu hết sản lượng LPG của khu vực này tới từ các
nhà máy lọc hóa dầu, số ít là xử lý khí và duy nhất cho tới nay ở Trung Quốc có nhà
máy hóa khí từ than. Phần còn lại tăng lên trong sản lượng của khu vực là từ các
nhà máy lọc dầu ở Hàn Quốc và Đài Loan. Sản lượng LPG của Nhật Bản giảm nhẹ
trong suốt giai đoạn này. Dự báo đến 2015 khoảng 31,1 triệu tấn LPG.
Theo số liệu thống kê của hãng tư vấn năng lượng quốc tế Purvin & Gertz
của Mỹ dưới đây cho thấy lượng LPG sản xuất trên toàn thế giới liên tục tăng (trung
bình 5-10%/năm) kể từ thập kỷ 90 đến nay và dự đoán vẫn tiếp tục tăng trong
những năm tới.
Trung Đông cung cấp 1/5 tổng lượng LPG trên thế giới trong năm 2008 và
tăng trung bình 4,1%/năm từ năm 2000 mặc dù sản lượng của khu vực này giảm
trong năm 2001 và 2002. Tổng cung khu vực này dự báo tăng đến 58,1 triệu tấn cho
năm 2010 và 69,7 triệu tấn cho năm 2015. Năm 2008, khoảng 66% sản lượng LPG
Trung Đông là từ xử lý khí đồng hành, 24% là từ quá trình tinh khiết khí.
Hình 1.2: Sản lượng (triệu tấn) LPG trên toàn cầu
Năm 2006 tổng mức tiêu thụ LPG trên toàn thế giới đạt khoảng hơn 230 triệu
tấn. Trong đó khu vực Bắc Mỹ là khu vực tiêu thụ lớn nhất với khối lượng hàng
năm là 72 triệu tấn. Tiếp theo là Châu Á, Châu Âu và Châu Mỹ La Tinh với khối
lượng tưng ứng là 62 triệu tấn, 35 triệu tấn và 18 triệu tấn. Trung Đông tuy là khu
HV: Phạm Việt Cường
15
MHV: CA120113
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
vực cung cấp nhiều nhất LPG ra thị trường thế giới nhưng mức tiêu thụ chỉ dừng lại
ở mức 13 triệu tấn/năm. Các khu vực như Trung Mỹ, Châu Phi, Liên Xô cũ và Châu
Úc hiện đang có mức tiêu thụ tương ứng là 14 triệu tấn, 9 triệu tấn, 7 triệu tấn và 2,5
triệu tấn. Cho đến nay sản lượng tiêu thụ chắc chắn đã tăng lên đáng kể theo ước
tính khoảng 300 triệu tấn (mỗi năm tăng trưởng khoảng 10%).
3%
1%4%
6%
6%
30%
8%
15%
27%
Bắc Mỹ
Châu Á
Châu Âu
Mỹ La Tinh
Trung Mỹ
Châu Phi
Liên Xô cũ
Châu Úc
Trung Đông
Hình 1.3: Tỷ trọng tiêu thụ LPG trên toàn cầu năm 2006
8.80%
1.70% 4.80%
24%
12.60%
48.20%
Hoá chất
Công nghiệp
Hộ Tiêu thụ
Vận Tải
Nông nghiệp
Lọc dầu
Hình 1.4: Tỷ trọng tiêu thụ LPG trên toàn cầu theo lĩnh vực sử dụng năm 2006
Nếu chia theo lĩnh vực sử dụng, tiêu dùng dân dụng hiện có khối lượng sử
dụng lớn nhất chiếm gần 50%, tiếp theo là lĩnh vực hoá chất chiếm 24%, sử dụng
LPG trong công nghiệp đứng thứ ba với tổng mức tiêu thụ chiếm khoảng 13%,
đứng thứ 4 là việc sử dụng LPG trong vận tải với tổng lượng tiêu thụ hàng năm
chiếm 8,8%, lĩnh vực hoá dầu chiếm 5% và cuối cùng là lĩnh vực nông nghiệp
chiếm 2% .
Với các ưu điểm sạch, nhiệt lượng cao và sức ép toàn cầu về vấn đề môi
trường, LPG hiện đang là loại khí đốt được khuyến khích tiêu dùng với mức tăng
HV: Phạm Việt Cường
16
MHV: CA120113
