NHIÊN LIỆU CNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG.

Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Tên đề tài :

NHIÊN LIỆU CNG
VÀ PHƢƠNG PHÁP
ỨNG DỤNG
Môn học : Năng lƣợng mới trên ô tô

GVHD: Ths Võ Xuân Thành


Nhiên liệu khí CNG

1

Đặc tính của khí CNG

2

Công nghệ ứng dụng khí CNG trên động cơ đốt trong

3

Tình hình tiêu thụ khí CNG trên thế giới.

4

Tình hình tiêu thụ khí CNG ở Việt Nam

5

Khí thải và tác động đến môi trường của ô tô chạy khí CNG

6


1 Nhiên liệu khí CNG
a. Khái niệm
CNG (Compressed natural gas) là khí tự nhiên nén
thành phần chủ yếu là Metane(CH4)
Được sử dụng để sinh nhiệt gia dụng và công nghiệp
(sưởi, tạo nhiệt, công nghệ hóa học...).
Ngoài ra còn làm nhiên liệu cho động cơ ô tô, xe
máy… với nhiều ưu điểm: sạch, rẻ, an toàn.


1 Nhiên liệu khí CNG
_150 tỉ Tep, xấp xỉ
với trữ lượng dầu
thô.
_ Sản lượng khí
thiên nhiên hàng
năm trên thế giới
đạt xấp xỉ 2 tỉ Tép
(1000m3 =
0,85Tep), tương
đương khoảng
60% sản lượng
dầu thô

Phân bố

Được lấy từ các
mỏ khí thiên
nhiên, bùn, quá
trình phân hủy xác
thực vật, khai thác
dầu khí… qua xử
lý và nén ở áp
suất cao (250
atm) để tồn trữ.

Trữ lƣợng

Khai thác

b. Khai thác, trữ lượng, phân bố
Khí thiên nhiên có
ưu điểm là phân
bố gần như hầu
khắp trên địa cầu
nên đảm bảo
được sự cung cấp
an toàn và thuận
tiện hơn dầu thô


1 Nhiên liệu khí CNG
b. Khai thác, trữ lượng, phân bố

Bản đồ sản lượng khí thiên nhiên theo quốc gia (Nguồn

CIA World)


2

Đặc tính của khí CNG
a. Đặc tính vật lý
Khí thiên nhiên có thành phần chủ yếu là méthane
(CH4 chiếm từ 80 - 90% tùy theo nguồn khai thác).
Vì vậy, tính chất gần giống khí méthane.

_ Nhiệt độ cháy lên đến 650 độ C.
_ Nhiệt độ tự bốc cháy: 1.004 ° F
_Nhẹ hơn không khí (tỷ trọng
0,72kg/m3)
=> nên khó bắt cháy hơn.

_ Dễ phát tán, không tích tụ như
hơi xăng.
_ Khí thiên nhiên nén đến 3.600 psi
để trở thành CNG.
_ Khi bị rò rỉ ra môi trường không
khí, nguy cơ hỏa hoạn chưa bằng
một nửa xăng, dầu nên hạn chế
nguy cơ cháy nổ.


2

Đặc tính của khí CNG

b. Thành phần hóa học

Ethane
C2H6 18%

Nito 10,8%

85-90%
CH4
CO2 0,2 –
1,5 %

Propane
C3H8 2%

Butane
C4H10 và
Pentane
C5H12 1%


2

Đặc tính của khí CNG
b. Thành phần hóa học
Tuy nhiên, thành phần của khí thiên nhiên ở các vùng khai
thác thì khác nhau


Đặc tính của khí CNG

c. Đặc tính cháy của nhiên liệu

2

Đặc trƣng

Méthane

Xăng

Chỉ số octane

≈ 130

95

Nhiệt trị khối lượng (kJ/kg)

56000

44690

Năng lượng hỗn hợp (kJ/dm3)

3,10

3,46

Giới hạn dưới bốc cháy

0,50

0,60

Tốc độ cháy chảy tầng ở độ đậm đặc 0,80
(cm/s)
Năng lượng đánh lửa tối thiểu (mJ)

30

37,5

0,33

0,26

Nhiệt độ đoạn nhiệt của màng lửa (K)

2227

2266


Đặc tính của khí CNG
c. Đặc tính cháy của nhiên liệu

2

Nhiệt trị (còn đƣợc gọi là năng suất
tỏa nhiệt) là lƣợng nhiệt sinh ra khi đốt 1 đơn vị

nhiên liệu.

Khí thiên nhiên có nhiệt Cùng hiệu suất như nhau,
suất tiêu hao nhiên liệu
trị riêng khối lượng cao
hơn (khoảng 10%) so với (tính theo khối lượng) của
động cơ dùng CNG cũng
nhiên liệu lỏng thông
thường
giảm chừng ấy lần.


Đặc tính của khí CNG
c. Đặc tính cháy của nhiên liệu

2

Nhiên liệu

Đơn vị

Nhiệt trị cao

Củi
Than đá

kJ/kg
kJ/kg

14.000

25.000 - 34.000

Khí thiên nhiên (CNG)

kJ/kg

56.000

Fuel oil

kJ/kg

43.000

Xăng
Diesel
Dầu hôi

kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg

44.700
45.500
46.000

kJ/kg
kJ/kg

49.400

55.000

Butan – Propan
Khí hóa lỏng (LPG)

Nhiệt trị cao của một số nhiên liệu thông dụng


Đặc tính của khí CNG
c. Đặc tính cháy của nhiên liệu

2

Chỉ số Octan (Chỉ số
chống kích nổ)

Chỉ số Octan cao hơn
so với xăng (95)

RON(chỉ số Octan nghiên
cứu) là 130
MON(chỉ số Octan động
cơ) là 115

Đây là một ưu thế của
khí CNG sử dụng trên
động cơ đánh lửa
cưỡng bức
Tính chống kích nổ tốt nên
CNG cũng được sử dụng

trên động cơ có tỉ số nén
cao được cải tạo từ động
cơ Diesel nguyên thủy


Đặc tính của khí CNG
c. Đặc tính cháy của nhiên liệu

2

Về đánh lửa
Năng lượng đánh lửa của động cơ dung CNG từ 100 đến 110mJ
cao hơn so với 30 ÷ 40mJ đối với động cơ xăng truyền thống

Vì vậy, hệ thống đánh lửa của động cơ sử dụng CNG phải có tính
năng cao hơn (bobine phải có công suất cao hơn)


Đặc tính của khí CNG
c. Đặc tính cháy của nhiên liệu

2

Tốc độ lan
truyền màng
lửa của hỗn
hợp
méthanekhông khí
tƣơng đối
thấp

Tốc độ cháy (m/s) của méthane, propane và
isooctane (điều kiện ban đầu: áp suất 30bar, nhiệt
độ 900K).

Làm giảm
tính năng của
động cơ vì làm
tăng truyền
nhiệt từ môi
chất công tác
qua thành

Làm giảm độ ồn của
quá trình cháy nhờ
gradient áp suất nhỏ


Đặc tính của khí CNG
c. Đặc tính cháy của nhiên liệu

2

Thành phần và nhiệt độ
của sản phẩm cháy

Méthane chỉ chứa 75% khối lượng carbon so với 87 ÷ 88% đối với nhiên
liệu lỏng truyền thống
Thành phần CO2 cực đại trong sản phẩm cháy chỉ đạt 11,7% so với
14,5% đối với iso-octane

Thành phần CO trong khí xả thấp hơn khi sử dụng các hydrocarbure
khác

Nhiệt độ màng lửa của hỗn hợp méthane-không khí thấp nên nồng độ
NOx trong sản phẩm cháy cũng thấp.


Đặc tính của khí CNG
c. Đặc tính cháy của nhiên liệu

Tỉ lệ không khí/nhiên liệu

2

Được xác định theo thành phần của khí thiên
nhiên.
Thay đổi trong phạm vi tương đối rộng, từ 14 đến
17.


Đặc tính của khí CNG
c. Đặc tính cháy của nhiên liệu

2

Xuất xứ khí

Tỉ lệ hỗn hợp cháy hoàn
toàn lí thuyết

Lacq

Khối lƣợng riêng ở thể
khí
(kg/m3N)
0,73

Algérie (Fos)

0,76

16,77

Algérie (Montoir)

0,80

16,79

Mer du Nord

0,81

15,63

URSS

0,74

16,53

Gronigue

0,82

13,87

17,09


3 Công nghệ ứng dụng khí CNG trên động cơ đốt trong
a. Bình chứa CNG trên ô tô

Năm 1930, chiếc xe đầu tiên chạy bằng khí đầu tiên được ra đời, gọi là Gas Bag Car


3 Công nghệ ứng dụng khí CNG trên động cơ đốt trong
a. Bình chứa CNG trên ô tô
Khả năng chứa (m3N) đối với 1 kg bình chứa làm bằng các vật liệu khác nhau
ở áp suất 200 bar
Vật liệu

Thép thường
Thép tốt
Nhôm thường
Nhôm gia cố sợi thủy tinh
Composite sườn bằng sợi thủy tinh
Composite sườn bằng sợi carbon

Khả năng chứa mn3/kg bình chứa ở

200bar

0,13-0,14
0,18-0,20
0,19-0,20
0,28-0,38
0,40-0,50
0,50-0,70

Vật liệu mới có thể cho phép nâng sức chứa CNG lên gấp 4 lần
so với bình bằng thép có cùng khối lượng


3 Công nghệ ứng dụng khí CNG trên động cơ đốt trong
a. Bình chứa CNG trên ô tô
Một phương pháp khác để chứa NGV trên
ô tô là dùng vật liệu hấp thụ. (than hoạt
tính hay oxyde kim loại)
Ƣu điểm:
_Khả năng chứa khí
(trên một đơn vị khối
lượng) cao
_ Làm việc ở áp
suất thấp (30÷40
bar).

_Giá thành nén khí
thấp hơn.
_ Bình chứa có thể
được chế tạo theo

những hình dạng
khác nhau cho phù
hợp với sự bố trí
bình chứa trên xe
Khả năng chứa trên bình than hoạt tính ở
210oC


3 Công nghệ ứng dụng khí CNG trên động cơ đốt trong
a. Bình chứa CNG trên ô tô
Trên ô tô sử dụng loại
nhiên liệu này người
ta phải lắp các thiết bị
an toàn để tránh sự cố
cháy nổ trong trường
hợp khí bị rò rỉ
Tuy nhiên, để đảm bảo an
toàn về áp suất, trên hệ
thống cung cấp nhiên liệu
CNG người ta lắp đặt một
van an toàn tác động ở áp
suất 350bar. Áp suất này có
thể xảy ra khi ô tô bị hỏa
hoạn

Mặc dù, trong thực tế rủi ro
này rất ít khi xảy ra vì
méthane nhẹ hơn rất nhiều so
với không khí (tỉ trọng so với
không khí là 0,55) nên bị

khuếch tán nhanh chóng, khả
năng để đạt được hỗn hợp
trong giới hạn bốc cháy là rất
thấp.


3 Công nghệ ứng dụng khí CNG trên động cơ đốt trong
b. Hệ thống cung cấp CNG

: Gồm 2 trường hợp

1. Trạm dịch vụ cung cấp khí tập trung


3 Công nghệ ứng dụng khí CNG trên động cơ đốt trong
b. Hệ thống cung cấp CNG
2. Máy nén gia đình giúp cho người sử dụng nạp CNG ngay tại garage
của mình


3 Công nghệ ứng dụng khí CNG trên động cơ đốt trong
b. Hệ thống cung cấp CNG

Sơ đồ bố trí tổng thể hệ thống cung cấp CNG trên ô tô bus


3 Công nghệ ứng dụng khí CNG trên động cơ đốt trong
c. Kĩ thuật tạo hỗn hợp
Dùng bộ hòa trộn
(bộ chế hòa khí)

Có 3 phương pháp chủ yếu :

Phun gián tiếp
Phun tập trung
(một điểm) tại cổ
góp đường nạp
Phun riêng rẽ
(phun vào trước
soupape nạp của
mỗi cylindre)

Phun trực tiếp