Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG

Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Kỹ thuật Hóa học
----------

CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ
Đề tài:

Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
GVHD:TS. Hồ Quang Như

TP.HCM - 2018


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

THÀNH VIÊN
1. Lưu Khả Uyên

1513985

2. Nguyễn Thị Út

1514187

3. Phạm Thị Huệ

1511203

4. Huỳnh Cộng Hoàng Linh

1511741

Trang 2


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

Mục lục
1. Giới thiệu công nghệ sản xuất CNG: ........................................................................ 6
1.1.

Khái niệm CNG: ................................................................................................. 6

1.2.

Tính chất: ............................................................................................................ 6

2. Các công nghệ sản xuất CNG: .................................................................................. 9
2.1.

Công nghệ sản xuất trực tiếp từ khí thiên nhiên (CCNG): ................................. 9

2.2.

Công nghệ sản xuất CNG từ LNG (LCNG): .................................................... 15

2.3.

Công nghệ sản xuất từ khí sinh học (BCNG): .................................................. 17

3. Tồn trữ và sử dụng CNG: ........................................................................................ 19
4. Những lợi thế và bất lợi khi sử dụng CNG: ............................................................ 26
4.1.

Những lợi thế khi sử dụng CNG:...................................................................... 26

4.2.

Bất lợi: .............................................................................................................. 27

5. Ứng dụng, tiềm năng phát triển, khó khăn và giải pháp trong việc phát triển giao
thông đường bộ sử dụng nhiên liệu CNG ở nước ta: ..................................................... 28
5.1.

Ứng dụng: ......................................................................................................... 28

5.2.

Tiềm năng phát triển: ........................................................................................ 30

5.3.

Khó khăn:.......................................................................................................... 31

5.4.

Giải pháp:.......................................................................................................... 32

Tài liệu tham khảo ............................................................................................................. 34

Trang 3


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

Danh mục bảng
Bảng 1. Thành phần tiêu biểu của CNG và các loại khí thiện nhiên khác (LNG, LPG) tính
theo % về thể tích…………………………………………………………………………6
Bảng 2. Các tính chất của nhiên liệu metan………………………………………………8
Bảng 3. So sánh các đặc tính của nhiên liệu CNG với các nhiên liệu khác………………9
Bảng 4. So sánh các tính chất nhiên liệu và bình chứa nhiên liệu giữ CNG và xăng……20

Trang 4


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

Danh mục hình
Hình 1. Nguyên tắc hoạt động của trạm sản xuất CNG bằng phương pháp CCNG……..10
Hình 2. Mối quan hệ giữa áp suất khí đưa vào và năng lượng sử dụng của máy nén…...11
Hình 3. Thiết bị sấy khí…………………………………………………………………..12
Hình 4. Sơ đồ của máy nén pittpông ba cấp nằm ngang…………………………………14
Hình 5. Sơ đồ khối mô tả quá trình công nghệ sản xuất CNG từ LNG………………….15
Hình 6. Sơ đồ hoạt động của hệ thống sản xuất CNG từ khí sinh học…………………..17
Hình 7. Mô tả sơ đồ hoạt động của một trạm cung cấp nhiên liệu CNG theo phương pháp
nạp chậm…………………………………………………………………………………23

Hình 8. Mô tả sự hoạt động của một trạm cung cấp nhiên liệu CNG theo phương pháp
nạp nhanh………………………………………………………………………………...25
Hình 9. Minh họa sự giảm phát thải khí đốt cháy tự nhiên so với các nguyên liệu
khác………………………………………………………………………………………28
Hình 10. Trạm nạp CNG tại Mỹ Xuân…………………………………………………..29
Hình 11. Xe bồn chở CNG………………………………………………………………29
Hình 12. Xe buýt chạy CNC tại TPHCM………………………………………………..30
Hình 13. Trạm cấp CNG cho hộ công nghiệp…………………………………………...30

Trang 5


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

1. Giới thiệu công nghệ sản xuất CNG:
1.1.

Khái niệm CNG:

CNG (Compressed Natural Gas) là khí thiên nhiên với thành phần chủ yếu là metan
(CH4), được xử lý và nén ở áp suất cao từ 3000 đến 3600 psi (từ 200 – 250 bar tại nhiệt
độ môi trường), tạo điều kiện thuận lợi cho tồn trữ và vận chuyển do giảm thể tích khí
xuống 200 – 250 lần.
1.2.

Tính chất:

Khí tự nhiên với thành phần chủ yếu là metan chiếm tỉ lệ nằm trong khoảng 83 ÷ 90%,
ngoài ra còn chứa etan, propan, butan, pentan, cacbon dioxit, nito,… thành phần tiêu biểu

của CNG và các loại khí thiên nhiên khác được cho trong bảng dưới đây:
Cấu tử

Nhiên liệu
CNG

LNG

LPG

Metan

92,29

94,00 (min)

−

Etan

3,60

2,73 (max)

−

Propan

0,80

0,90

92,5 (min)

Butan

0,29

0

2,5 (max)

−

−

5,0 (max)

Pentan

0,13

0

−

Hexan

0,08

0

−

Cacbon dioxit

1,00

0

−

Nitro

1,80

0,50

−

Nước

0,01

0

−

Propylen

Bảng 1. Thành phần tiêu biểu của CNG và các loại khí thiện nhiên khác (LNG, LPG) tính
theo % về thể tích
Trang 6


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

Tính chất chống kích nổ của CNG được xác định khác với xăng. Đối với xăng, tính chất
này được xác định bằng chỉ số octan. Nếu dùng chỉ số octan để xác định khả năng chống
kích nổ cho nhiên liệu khí thì không phù hợp, bởi vì nhiên liệu khí chỉ có thành phần từ
C1 ÷ C6 mà không có đến C8. Khả năng chống kích nổ của khí tự nhiên (CNG) được xác
định bằng chỉ số metan (MN). Hai chỉ số này có mối liên hệ với nhau, thứ nhất, theo
phương pháp MON (Motor Octane Number) xác định chỉ số octan là 100 thì tương ứng
chỉ số metan là 40, thứ hai, theo phương pháp RON (Research Octane Number) xác định
chỉ số octan là 130 thì tương ứng chỉ số metan là 85.
Tính chất

Nhiên liệu metan

Công thức hoá học

CH4

Khối lượng phân tử

16,04

Khối lượng riêng ở 160C, 101,3kPa/m3

0,6776

Nhiệt đô sôi ở áp suất 101,3 kPa, 0C

– 161,5

Nhiệt độ đóng băng , 0C

– 182,5

Áp suất hơi bão hoà ở 380C, kPa

0,5094

Nhiệt hoá hơi H, MJ/kg

0,5094

Giá trị nhiệt tổng , MJ/kg

55,5

Giá trị nhiệt thực, MJ/kg

50,0

Nhiệt trị thực của hỗn hợp tỷ lương, MJ/kg

2,72

Nhiệt độ tự bốc cháy, 0C

537

Nhiệt độ ngọn lửa, 0C

1949

Tốc độ lan truyền ngọn lửa , m/s

0,37

Trị số octan:
RON

120
Trang 7


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

MON

120
5,0  15,0

Giới hạn tự bốc cháy với không khí, % thể tích
Hệ số tỷ lượng không khí– nhiên liệu theo phần khối lượng

17,21

Hệ số tỷ lượng không khí– nhiên liệu theo phần thể tích

9,53

Bảng 2. Các tính chất của nhiên liệu metan
CNG là một loại nhiên liệu ở dạng khí không màu, không mùi, không hoà tan trong nước.
Từ bảng trên thấy rằng CNG là loại nhiên liệu có chỉ số octan cao (giá trị RON, MON
đều đạt từ 120 trở lên)
So sánh các đặc tính của nhiên liệu CNG với các nhiên liệu khác như xăng, diezen, LPG,
metanol, etanol được cho trong bảng dưới đây
Đặc tính
Khối lượng

CNG(*)

LPG

Metanol

Etanol

Xăng

Diezen

170

500

794,6

789,8

740

860

150

46,2

20,0

27,0

44,0

257

537

450

464

363

400

257

5,015,0

2,19,5

1,47,6

1,05,0

17,21

15,65

14,6

14,5

riêng , kg/m3
Nhiệt trị,
MJ/kg
Nhiệt độ bốc
cháy , 0C
Giới hạn tự bốc

6,7236,5 3,2818,95

cháy, % thể
tích trong

không khí
Hệ số tỷ lượng

6,46

8,89

không khí –
nhiên liệu

Trang 8


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

Trị số octan :

120

112

106

107

98

−

RON, MON

120

97

92

89

80

−

(*) Khí tự nhiên đước nén tới áp suất 20,7 Mpa ở nhiệt độ phòng
Bảng 3. So sánh các đặc tính của nhiên liệu CNG với các nhiên liệu khác
CNG là loại nhiên liệu có tỷ trọng bé nhất, loại nhiên liệu dễ bay hơi nhất, tỷ trọng CNG
ở 20,7 MPa chỉ đạt giá trị 170 kg/m3 , trongkhi giá trị này của LPG là 500 kg/m3, của
xăng là 700 kg/m3 và của diezen là 860kg/m3. Nhiệt trị tính theo đơn vị MJ/kg của CNG
cao hơn nhiệt trị của tất cả các nhiên liệu đang so sánh. CNG có nhiệt trị 50 MJ/kg , LPG
có nhiệt trị 46,2 MJ/kg, xăng và diezen là loại nhiên liệu có nhiệt trị thấp nhất ( 20
MJ/kg). CNG là nhiên liệu có nhiệt độ bốc cháy cao nhất khi so sánh với các nhiên liệu
khác, nhiệt độ bốc cháy của CNG khoảng 5500C. Hệ số tỷ lượng không khí – nhiên liệu
tính theo khối lượng nhiên liệu CNG cũng cao hơn các loại nhiên liệu khác, đối với CNG
hệ số này đạt giá trị 17,21. Các nhiên liệu LPG, xăng, diezen, etanol, metanol theo thứ tự
lận lượt có các giá trị và hệ số tỷ lượng không khí – nhiên liệu giảm dần. Metanol là
nhiện liệu có hệ số tỷ lượng không khí – nhiên liệu nhỏ nhất, giá tị của nó là 6,46.

2. Các công nghệ sản xuất CNG:
Tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu sản xuất người ta chia làm ba quá trình công nghệ

chính:
 Công nghệ sản xuất trực tiếp từ khí thiên nhiên (CCNG)
 Công nghệ sản xuất CNG từ LNG (LCNG)
 Công nghệ sản xuất từ khí sinh học (BCNG)
2.1.

Công nghệ sản xuất trực tiếp từ khí thiên nhiên (CCNG)

Đây là một công đoạn nằm trong sơ đồ sản xuất CNG bằng phương pháp nén trực tiếp
khí tự nhiên. Quá trình nén thường được tiến hành tại trạm phân phối nhiên liệu CNG

Trang 9


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

c

Hình 1. Nguyên tắc hoạt động của trạm sản xuất CNG bằng phương pháp CCNG
Khí tự nhiên sau khi qua công đoạn xử lý để loại bỏ hơi nước, các tạp chất cơ học, các
khí axit CO2, H2S, được đưa đến công đoạn nén khí ở trạm cung cấp nhiên liệu bằng hệ
thống ống dẫn. Tại trạm cung cấp nhiên liệu, khí CNG được sản xuất và phân phối tới các
phương tiện vận tải chạy CNG. Quá trình nén khí sản xuất CNG trực tiếp từ khí tự nhiên
bao gồm năm công đoạn sau
2.1.1. Công đoạn hút khí
Đây là công đoạn đầu tiên trong quá trình nén khí, áp suất hút được chia làm ba
mức khác nhau:
 Mức áp suất thấp:

5 – 10 psi (34,5 – 69 kPa)

 Mức áp suất trung bình:

50 – 100 psi (344,7 – 689,5 kPa)

 Mức áp suất cao:

100 – 500 psi (689,5 – 3447,4 kPa)

Mục đích của công đoạn này là làm cho áp suất khí đưa vào phù hợp với
loạimáy nén được sử dụng. Áp suất khí đưa vào càng cao thì tỷ số nén tới áp
Trang 10


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

suất 250 bar (25 MPa) càng thấp, tức là số cấp của máy nén được giảm xuống
khi áp suất khí đưa vào tăng lên, dẫn đến làm giảm chi phí chế tao máy nén.
Áp suất khí đưa vào máy nén cao cũng góp phần làm giảm sự tiêu thụ năng
lượng của máy nén khí, điều này được thể hiện qua đồ thị sau:

Hình 2. Mối quan hệ giữa áp suất khí đưa vào và năng lượng sử dụng của máy nén
Từ đồ thị thấy rằng, khi áp suất của khí đưa vào máy nén tăng lên thì yêu cầu
về năng lượng của máy nén khí đó giảm xuống. Nhưng nếu áp suất của khí đưa
vào quá cao thì sẽ gây khó khăn cho việc vận hành, bảo vệ đường ống và thiết
bị của hệ thống. Khi áp suất đưa vào càng cao thì số cấp của máy nén càng ít,
lúc này trong quá trình làm việc, máy nén sẽ chịu tác dụng của nhiệt độ cao
hơn làm cho nó bị hỏng. Muốn máy nén làm việc tốt trong điều kiện này thì

cần phải cải tiến vật liệu chế tạo thiết bị, điều này làm tăng chi phí sản xuất và
giá thành của máy nén sẽ tăng lên. Thông thường, để sản xuất ra CNG ở áp
suất cao thì các máy nén bốn cấp được sử dụng khi áp suất hút có giá trị thấp
và trung bình, các máy nén khí 3 cấp được sử dụng khi áp suất hút có giá trị
cao
2.1.2. Công đoạn sấy khí
Trang 11


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

Theo đồ thị Hàm lượng ẩm của khí tự nhiên khô ngọt (hình 4.1a,b Trang 78,79
sách Công nghệ chế biến khí – Nguyễn Thị Minh Hiền) khi áp suất của khí tự
nhiên tăng lên thì điểm sương của khí tăng lên. Nếu trong khí còn chứa nhiều
hơi nước thì hiện tượng tạo hydat có thể xảy ra trong quá trình nén khí ở áp
suất cao. Dựa vào đồ thị này, ta xác định được rằng khí nén tự nhiên ở áp suất
3600 psi (25MPa) và nhiệt độ 15 – 400C, các hydrat sẽ tạo thành nếu hàm
lượng ẩm khí lớn hơn 100 kgH2O/106 m3 khí tức là lớn hơn 7 pound/MMSCF.
Các thiết bị sấy có giá thành cao, chi phí tốn kém và quá trình sấy khí bằng
phương pháp hấp thụ thường được áp dụng ở công đoạn này để có được chất
lượng đạt yêu cầu

1.Đường ống vào
2. Vật liệu hút ẩm
3. Vỏ thiết bị
4. Đường ống ra của khí khô
5. Cửa vào của khí ẩm
6. Cửa ra của khí khô
7. Cửa ra của nước

8. Van tháo nước
9. Dầm đỡ vật liệu hút ẩm
10. Máng hứng nước
11. Vật liệu hấp phụ nước lần hai

Hình 3. Thiết bị sấy khí
2.1.3. Công đoạn lọc tách khí
Khí sau khi được xử lý sẽ được cho qua thiết bị lọc tách metan ra khỏi các cấu
tử khác nhằm làm tăng hàm lượng metan có trong khí tới trên 90%. Thiết bị lọc
tách có thể là một hệ thống màng ngăn hoặc hệ thống có chứa hấp phụ chỉ cho
Trang 12


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

phép metan đi qua, còn các cấu tử khác bị giữ lại. Sau khi ra khỏi thiết bị lọc
tách, khí tự nhiên có nồng độ metan từ 93% trở lên sẽ là nguồn nguyên liệu
thích hợp cho việc sản xuất ra CNG có chất lượng cao.
2.1.4. Công đoạn nén khí
Đây là công đoạn quan trọng nhất của hệ thống sản xuất khí tự nhiên nén CNG,
chi phí của thiết bị nén chiếm phần lớn trong tổng chi phí xây dựng và lắp đặt
trạm cung cấp nhiên liệu CNG. Hiện nay có nhiều loại máy nén đang được sử
dụng và được chia thành bốn loại chủ yếu sau đây:
a. Máy nén pittong: cấu tạo gần giống như bơm pittong, có pittong chuyển
động tịnh tiến qua lại trong xylanh và khí được nén nhờ giảm thể tích của
buồng làm việc
b. Máy nén loại xoay tròn: nhờ một roto quay tròn mà khí được hút vào nén
lại trong máy và đẩy ra ở áp suất cao hơn.
c. Máy nén tuabin (thuộc loại ly tâm): đặc trưng bằng chuyển động quay

liên tục của bánh guồng và nhờ tác dụng của lực quán tính ly tâm mà kí
được nén lại.
d. Máy nén loại phun tia: nguyên tắc làm việc và cấu tạo giống như bơm
tia, khí được nén do thay đổi vận tốc khi chuyển động qua ống loa hình nón
cụt.
Các máy nén khí kiểu tuabin và kiểu roto có ưu điểm là kích thước gọn
gàng, khối lượng nhẹ, nhưng chúng có nhược điểm là không làm việc ở áp
suất cao và năng suất nhỏ. Máy nén khí kiểu tuabin dung trong phạm vi áp
suất trung bình 10 – 12 at và không lớn hơn 30 at khi năng suất lớn vượt
quá 50 – 100 m3/phút. Máy nén kiểu roto áp dụng cho năng suất trung bình
(dưới 10 m3/phút) và áp suất tới 10 at.
So với các máy nén tuabin và roto, máy nén khí kiểu pittong có nhược điểm
là chuyển động chậm, cồng kềnh, nặng, cần đặt trên bệ móng được gia cố
chắc chắn, nhưng có ưu điểm là làm việc ở áp suất cao nên loại máy này rất
thích hợp cho việc nén khí ở áp suất cao để sản xuất CNG.
Trang 13


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

Máy nén pittong dùng để sản xuất CNG là loại máy nén nhiều cấp (ba hoặc
bốn cấp), có thể là loại thẳng đứng hoặc loại nằm ngang được chuyển động
cơ điện hoặc bộ truyền dây đai. Máy nén pittong nằm ngang thường chuyển
động chậm được nối với động cơ điện và bộ truyền dây đai (số vòng n = 80
– 300 vòng/phút). Máy nén loại thẳng đứng chuyển động nhanh hơn hoặc
lắp trực tiếp với động cơ điện hoặc dung dây đai (n = 300 – 350 vòng/phút
hay nhanh hơn nữa). Đối với máy nén pittong nhiều cấp, các xylanh được
bố trí trên một trục hoặc được bố trí song song nhau, ở mỗi xylanh đều có
thiết bị làm nguội bằng nước.

Khí được hút vào xylanh cấp một (1), được nén trong đó rồi đẩy ra đi qua
thiết bị làm nguội trung gian (2) vào xylanh cấp hai (3). Ra khỏi xylanh cấp
hai, khí được làm nguội trong thiết bị làm nguội (4) rồi vào xylanh cấp ba
(5) trong đó khí được nén đến áp suất cuối cần thiết rồi qua thiết bị làm
nguội (6), sau đó dòng khí cao áp được đưa tới thiết bị phân phối hoặc đưa
tới bình chứa khí cao áp trước khi đưa đến nơi tiêu thụ.

Hình 4. Sơ đồ của máy nén pittpông ba cấp nằm ngang
1.Xylanh cấp một;2,4,6. Thiết bị làm nguội;3. Xylanh cấp hai;5.Xylanh cấp ba
2.1.5. Công nghệ phân phối CNG:

Trang 14


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

CNG sản xuất ra từ máy nén được đưa tới thiết bị phân phối nhiên liệu hoặc đưa
tới các dãy bình chứa nguyên liệu đặt tại trạm phân phối nhiên liệu. Quá trình
phân phối này được điều khiển bằng tay hoặc điều khiển tự động bởi một hệ
thống các van điều khiển lắp đặt trong hệ thống. Các bình chứa dự trữ nhiên liệu
CNG có thể tích giống nhau và được nạp nhiên liệu vào với cùng áp suất, chúng
thường được bố trí ở các vị trí có độ cao khác nhau. Hệ thống bình chứa này được
sử dụng để cung cấp nhiên liệu cho phương tiện vận tải khi nhu cầu về nguyên
liệu cung cấp từ trạm xăng tăng lên, đảm bảo cho quá trình cung cấp nhiên liệu
được tiến hành liên tục, không bị gián đoạn ngay cả vào những lúc cao điểm.
2.2.

Công nghệ sản xuất CNG từ LNG (LCNG):

Phương pháp sản xuất CNG từ LNG được gọi tắt là phương pháp LCNG. Quá
trình công nghệ được mô tả qua sơ đồ khối sau đây:
Bể chứa
CNG

Bơm

Thiết bị
hóa hơi

Thiết bi phân
phối CNG

Thiết bị gia
nhiệt

Hình 5. Sơ đồ khối mô tả quá trình công nghệ sản xuất CNG từ LNG
LNG được đưa từ bể chứa tới hệ thống bơm áp suất cao chạy bằng động cơ điện.
Ra khỏi bơm, chất lỏng áp suất cao được đưa tới thiết bị trao đổi nhiệt bằng hơi
nước, tại đây chất lỏng áp suất cao được hóa hơi thành khí và nhận được CNG.
Sau đó CNG được đưa tơi thiết bị phân phối hoặc hệ thống bình chứa tích trữ
nhiên liệu.
Trong quá trình này bơm làm việc ở áp suất cao thường sử dụng bơm pittong.
Phương pháp LCNG dùng nguyên liệu là LNG nên không cần các thiết bị và hệ
thống xử lý nguyên liệu vì trong thành phần của LNG không có hoặc rất ít các tạp
Trang 15


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

chất như nước, CO2, H2S…Do đó trạm LCNG có kích thước nhỏ gọn hơn, cần ít
thiết bị hơn, chi phí dành cho xây dựng và lắp đặt trạm sẽ thấp hơn so với trạm
CCNG. Theo phương pháp LCNG, trạm phân phối nhiên liệu chỉ có chi phí bằng
30 – 85% chi phí dành cho trạm phân phối nhiên liệu dành cho trạm CCNG.
Thành phần LNG ổn định hơn thành phần khí tự nhiên lấy từ đường ống dẫn khí
nên CNG nhận được từ phương pháp LCNG có nhiệt trị ổn định hơn.
Bộ phận chính của trạm LCNG là thiết bị bơm làm việc có áp suất cao, bơm này
làm việc trong môi trường lỏng ở nhiệt độ thấp nên tránh được các hiện tượng ăn
mòn gây ra bởi nhiệt, thời gian dành cho công việc bảo dưỡng ít đi. Còn bộ phận
chính của trạm CCNG là máy nén làm việc ở áp suất cao. Trong quá trình nén,
nhiệt độ sẽ tăng lên gây ra các hiện tượng ăn mòn, làm giảm tuổi thọ của thiết bị.
Thời gian dành cho bảo dưỡng máy nén cao hơn thời gian bão dưỡng dành cho
bơm làm cho quá trình cung cấp CNG từ trạm CCNG bị gián đoạn nhiều hơn.
Nhiệt độ tăng trong quá trình nén khí gây khó khăn cho quá trình nạp nhiên liệu
vào bình chứa của phương tiện vận tải. Theo phương pháp CCNG thì chỉ nạp được
70– 80% dung tích chứa và hiệu quả nạp còn thấp hơn trong những ngày nắng
nóng, trong khi phương pháp LCNG không có hiện tượng này, trạm LCNG có thể
phục vụ nhiều hơn từ 29% tới 40% so với trạm CCNG. Phương pháp CCNG ổn
định hơn phương pháp LCNG, để khắc phục tiếng ồn thì phải dùng vỏ bọc hạn chế
tiếng ồn, điều này làm cho việc thoát nhiệt kém và chi phí tốn kém hơn.
Trạm CCNG không xây dựng ở những nơi xa xôi, hẻo lánh, những nơi không
có đường ống dẫn khí đi qua, trong khi trạm LCNG có thể xây dựng ở những vùng
này nhờ việc vận chuyển LCNG dễ dàng và có hiệu quả kinh tế.
Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của phương pháp LCNG là chi phí dành cho
nguyên liệu đắt hơn phương pháp CCNG. Để sản xuất ra LNG cần phải có nhiều
công đoạn phức tạp và nhiều thiết bị đắt tiền, làm tăng chi phí sản xuất LNG lên
rất nhiều. Nhược điểm này hạn chế việc sử dụng rộng rãi phương pháp LCNG để
sản xuất ra CNG.

Trang 16


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

2.3.

Công nghệ sản xuất từ khí sinh học (BCNG):

Khí sinh học là khí sinh học nhận từ quá trình xử lý rác thải bằng phương pháp
sinh học (phương pháp lên men). Trong thành phần khí có chứa nhiều CH4 (64%)
và CO2 (35%). Khí sinh học ngoài việc sử dụng làm nhiên liệu dùng trong sinh
hoạt nó còn được sử dụng để sản xuất CNG làm vật liệu vận tải. Phương pháp sản
xuất ra CNG từ khí sinh học được gọi là phương pháp BCNG. Quá trình sản xuất
CNG theo phương pháp này được mô tả trong hình

Hình 6. Sơ đồ hoạt động của hệ thống sản xuất CNG từ khí sinh học
Trang 17


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

1.Thiết bị tách bụi và ẩm; 2.Quạt hút khí; 3.Thiết bị sấy; 4,10.Máy nén khí;
5.Thiết bị phân tách; 6,8.Thiết bị gia nhiệt; 7.Hệ thống thiết bị hấp thụ và tái sinh;
9.Hệ thống màng ngăn đa cấp; 11.Thiết bị phân phối CNG
Khí sinh học nhận được từ nơi xử lý rác thải đưa vào hệ thống xử lý sơ bộ với tốc
độ 1500 SCFM, áp suất 7 psi nhờ quạt hút 2. Trong hệ thống này, ngoài quạt hút 2
còn có trống tháo khí 1 lắp đặt ở đầu vào quạt hút và thiết bị sấy khí 3 lắp đặt ở

đầu ra quạt hút. Tác dụng của trống tháo khí là dùng để loại bỏ các hạt rắn và nước
ngưng tụ trong khí, bảo vệ quạt hút 2 khỏi sự ăn mòn và làm việc không ổn định
do hơi ẩm và cặn rắn bám trên cánh quạt bị tăng lên trong quá trình hút khí. Khí ra
khỏi quạt hút được đưa đến thiết bị sấy được đưa đến thiết bị sấy 3 với tốc độ 1300
SCFM ở áp suất 5 psi. Khí ra khỏi thiết bị sấy đã được loại bỏ tất cả các hạt rắn và
một lượng đáng kể hơi ẩm tiếp tục đi tới hệ thống nén tinh chế, tại đây khí được
nén tới áp suất 1000 psi với vận tốc 1300 SCFM nhờ máy nén 4 để tiếp tục loại bỏ
ẩm. trước khi ra khỏi hệ thống nén tinh chế, tại đây khí được nén đến áp suất 1000
psi với vận tốc 1300 SCFM nhờ máy nén 4 để tiếp tục loại bỏ ẩm. Trước khi ra
khỏi hệ thống nén tinh chế, khí được gia nhiệt đến 1400F để duy trì ẩm còn lại ở
dạng hơi rồi được đưa tới hệt thống hấp phụ 7 để loại bỏ các hợp chất hữu cơ dễ
bay hơi. Hệ thống này gồm hai thiết bị hoạt động luân phiên, một dùng để hấp
phụ, một dùng để tái sinh. Chất hấp phụ được dùng ở đây là than hoạt tính. Ra
khỏi thiết bị 7, khí được đưa tới hệt thống màng ngăn nhiều cấp (hai cấp) để tách
metan ra khỏi các cấu tử khác, khí ra khỏi hệ thống này có nồng độ lớn hơn 96%
metan có áp suất sấp sỉ 1000 psi được đưa tới máy nén 10 với tốc độ 483 SCFM,
tại máy nén 10 khí được nén tới áp suất 3600 psi để sản xuất CNG. Sau đó, CNG
nhận được từ máy nén được đưa tới thiết bị phân phối nhiên liệu hoặc tới hệ thống
bình chứa để tích trữ. Khí thông qua màng ngăn cấp 1có chứa ít metan được gia
nhiệt đến nhiệt độ 4000F rồi đưa tới thiết bị tái sinh chất hấp phụ để loại bỏ các
hợp chất đã hấp phụ ở đây. Khí thông qua màn ngăn cấp hai có nhiều metan được
dùng làm nhiên liệu cho thiết bị gia nhiệt 8 và cho máy nén 4.

Trang 18


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

Phương pháp CNG có ưu điểm là sử dụng thuận tiện cho những cơ ở sản xuất

CNG có công suất nhỏ cung cấp nhiên liệu tại nhà. Các trạm sản xuất CNG có thể
xây dựng gần các cơ sở cung cấp khí sinh học nên tiết kiệm được chi phí xây dựng
đường ống dẫn khí so với phương pháp CCNG. Phương pháp BCNG còn giúp giải
quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường gây ra bởi nguồn rác thải sinh học.
Tuy nhiên, phương pháp BCNG có nhược điểm là trong thành phần khí sinh học
không chứa nhiều metan như trong khí tự nhiên, nên để sản xuất ra CNG có chất
lượng đạt yêu cầu, đòi hỏi phải có nhiều công đoạn xử lý khí phức tạp và tốn kém.
Chi phí đầu tư cho các công đoạn sản xuất càng lớn khi quy mô sản xuất càng lớn.
Mặt khác, trữ lượng khí sinh học không dồi dào như trữ lượng khí tự nhiên nên
tính thương mại của phương pháp BCNG không cao bằng phương pháp CCNG. Vì
vậy, so với phương pháp CCNG, phạm vi ứng dụng của phương pháp BCNG
trong các cơ sở cung cấp nhiên liệu CNG ở nơi công cộng vẫn còn bị hạn chế.

3. Tồn trữ và sử dụng CNG:
Các bình chứa nhiên liệu CNG làm bằng thép, nhôm có đai bọc, vật liệu
composite. Việc sử dụng vật liệu composite giúp làm giảm khối lượng bình chứa,
nhưng thậm chí với sự thiết kế tốt nhất này, bình chứa CNG vẫn có khối lượng lớn
gấp ba lần khối lượng bình chứa diezen.
So sánh các tính chất nhiên liệu và bình chứa nhiên liệu giữa CNG và xăng được
đưa ra trong bảng 4
Thông số

Xăng

CNG
(20,7 MPa)

Tỷ trọng

0.74

0,17

MJ/kg

44,0

50

MJ/l

32,7

8,4

Nhiệt trị

Trang 19


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

Thể tích tương đối của nhiên liệu

1,0

3.9

Thể tích tương đối của bình chứa nhiên liệu,

1,0

4.3

1,0

3.7

483

129

giá trị xấp xỉ
Khối lượng tương đối của bình chứa nhiên liệu, giá
trị xấp xỉ
Phạm vi vận hành của xe với cùng thể tích chứa
nhiên liệu, km
Bảng 4. So sánh các tính chất nhiên liệu và bình chứa nhiên liệu giữ CNG và xăng
CNG có tỷ trọng thấp hơn xăng nên thể tích ứng với cùng một đơn vị khối lượng
của CNG lớn hơn xăng, giá trị này của CNG lớn gấp 3,9 lần giá trị của xăng. Bình
chứa CNG có thể tích và khối lượng lớn hơn bình chứa xăng. Để chứa cùng một
đơn vị khối lượng nhiên liệu thì bình chứa CNG có thể tích gấp 4,3 lần, khối
lượng lớn gấp 3,7 lần bình chứa xăng. Nếu dùng bình chứa có cùng thể tích với
bình chứa xăng thí phạm vi hoạt động của xe chạy CNG sẽ nhỏ hơn phạm vi hoạt
động của xe chạy xăng, nếu xe chạy xăng đi được đoạn đường 483km thì xe chạy
CNG mới chỉ đi được 129km. Do đó, để tăng phạm vi hoạt động của xe chạy CNG
thì phải cần dùng những bình chứa lớn hơn và dùng nhiều bình chứa để tăng dung
tích nhiên liệu dự trữ trên xe.
Bồn chứa CNG (Trailer):

Dựa vào công suất tiêu thụ của từng trạm khách hàng, PVGASN có thể sử dụng cả
hai loại xe kéo CNG 40ft và 20ft làm từ vật liệu Composite/thép và tồn chứa CNG
tại 250 Barg:
 Bồn chứa CNG loại 40 ft:
–

Tổng thể tích khí chứa của 01 bồn CNG khoảng 10800 sm3

–

Áp suất làm việc 250 barg
Trang 20


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

–

Nhiệt độ làm việc – 15 đến 60oC

 Bồn chứa CNG loại 20 ft:
–

Tổng thể tích khí chứa của 01 bồn CNG khoảng 5400 sm3

–

Áp suất làm việc 250 barg

–

Nhiệt độ làm việc – 15 đến 600C

Hệ thống nén, nạp khí tại trạm CNG mẹ có thể cung cấp sảm phẩm cho Trailer
24/24h.
Các xe chuyên chở khí được tuân thủ nghiêm ngặt về quy định vận chuyển hàng
nguy hiểm, cháy nổ. Thiết bị được đăng kiểm, kiểm định kịp thời đáp ứng yêu cầu
của pháp luật, tiêu chuẩn, quy chuẩn quy định, đảm bảo an toàn, phòng chống
cháy nổ cho các thiết bị chuyên chở và tồn chứa.
Giải pháp xuất sản phẩm CNG cho tiêu thụ sinh hoạt tại trạm CNG con
Sản phẩm CNG nạp vào Trailer từ trạm mẹ được đưa tới trạm con tại các trạm
khách hàng và được giảm xuống tới áp suất 5 – 7 barg thông qua cụm giảm áp
PRU (bao gồm hệ thống bù nhiệt và các van giảm áp) sau đó được đưa vào hệ
thống ống chôn ngầm dẫn tới các lò đốt của các khách hàng trong các khu công
nghiệp.
Hệ thống PRU được thiết kế tuân thủ theo các tiêu chuẩn quốc tế và tiêu chuẩn,
quy phạm của Việt Nam, hệ thống được điều khiển bằng PLC, kiểm soát sự cố, rò
rỉ khí bằng các van đóng khẩn cấp (SDV), van an toàn, đầu dò khí, kiểm soát khí
giao nhận bằng hệ thống đo đếm khí và các thiết bị được kiểm định đúng định kỳ
hàng năm.
Hiện nay có hai phương tiện vận tải chạy bằng nhiên liệu CNG. Loại thứ nhất là
những xe chạy bằng nhiên liệu truyền thống (xăng, diezen) đã được cải tiến thành
những xe vừa chạy được nhiên liệu CNG, vừa chạy được nhiên liệu truyền thống.
Loại thứ hai là những xe được thiết kế chỉ đẻ chạy bằng nhiên liệu CNG.
Trang 21


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

Với các xe đã được cải tiến, để có thể vừa sử dụng nhiên liệu CNG, vừa sử dụng
các nhiên liệu truyền thống, cần phải có một hệ thống thiết bị chuyển đổi nhiên
liệu. Hệ thống này không làm thay đổi các đặc trưng ban đầu của động cơ. Đó là
một hệ thống kín, đơn giản nbao gồm các bộ phận sau đây:
 Bình chứa (để tồn chứa nhiên liệu CNG), trên bình có các cụm van nạp – xuất và
an toàn. Đường nạp để nạp nhiên liệu, đường xuất là ống đồng chịu áp cao để đưa
khí đến bộ phận điều áp.
 Bộ điều áp để đưa CNG ở áp suất cao về áp suất cao hơn áp suất thường một chút
rối đưa vào động cơ của phương tiện vận tải qua một ống mềm chịu áp thấp.
 Bộ trộn khí nén– không khí, đây chính là chi tiết liên kết giữa các động cơ của xe
với thiết bị chuyển đổi nhiên liệu. nó được hoàn thiện để thích ứng với carburator
hoặc injector của động cơ.
 Van solenoid với chức năng ngắt dòng xăng hoặc dầu diezen khi chuyển sang
dòng nhiên liệu khí nén.
 Bộ điều khiển điện tử để chọn loại nhiên liệu theo ý muốn.
 Bộ đo lường CNG trong bình chứa nhiên liệu nối với bản điều khiển.
 Ống cao áp thường làm bằng đồng để đưa khí từ bình chứa tới bộ điều áp.
 Ống mềm thấp áp để đưa khí từ bộ điều áp vào động cơ của phương tiện vận tải.
CNG được chứa trong bình cao áp với áp suất khoảng 200 bar đặt trong sau khoan
xe. Bình điện của xe chạy CNG phải tương đối mạnh vì nhiệt độ bắt cháy của
CNG cao hơn xăng (CNG có nhiệt độ bắt cháy khoảng 6000C). Các bình chứa
nhiên liệu trên phương tiện vận tải loại nhẹ thường có ba loại với kích thước là 55,
70, 90 lít. Bình chứa 70 lít thường được nạp tới áp suất 200 bar và chứa khoảng 15
m3 (ở điều kiện tiêu chuẩn) hoặc 12 kg khí. Với bình chứa nhiên liệu này, một xe
hơi 2000 cc có thể đi được quãng đường dài 150km.
Các phương tiện vận tải đã được cải tiến để vừa chạy được bằng nhiên liệu truyền
thống (xăng, diezen) vừa chạy bằng xăng CNG có ưu điểm là làm tăng phạm vi
hoạt động của xe nhờ có sẵn nhiên liệu trên xe. Khi vận hành loại xe này, người lái
Trang 22

Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

xe có thể sử dụng loại nhiên liệu nào bằng cách bật công tắc chuyển đổi ở trên
bảng điều khiển.
 Các phương pháp nạp nhiên liệu CNG
Đối với quá trình nạp nhiên liệu, khí tự nhiên ở áp suất thường được tăng tới áp
suất của bình chứa bằng cách sử dụng các máy nén khí tự nhiên. Xe chạy CNG có
thể nạp nhiên liệu bằng phương pháp nạp nhanh hoặc phương pháp nạp chậm bằng
cách sử dụng các máy nén khí này.
Với phương pháp nạp chậm, có sự liên kết trực tiếp giữa xe và máy nén khí tự
nhiên, khi đó khí áp suất cao được đưa trực tiếp vào đường ống cung cấp nhiên
liệu. quá trình này là lý tưởng cho những xe về đỗ ở bến ban đêm và có ưu điểm là
cho phép dùng một máy nén nhỏ làm việc ở áp suất nạp cao. Quá trình nạp nhiên
liệu được kết thúc khi áp suất đường ống dẫn khí bằng áp suất cao nhất có thể cho
phép của bình chứa nhiên liệu (thường là khoảng 20 Mpa) và khi đó qua trình đó
sẽ tự động dừng lại nhờ một bộ phận ngắt tự động.

Hình 7. Mô tả sơ đồ hoạt động của một trạm cung cấp nhiên liệu CNG theo
phương pháp nạp chậm
Trang 23


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

Theo phương pháp nạp nhanh, máy nén khí không được nối trực tiếpvới bình chứa
nhiên liệu của phương tiện vận tải. Thay vào đó, CNG được đưa tới thiết bị phân

phối từ một bình chứa hoặc một dãy các bình chứa ở áp suất cao (25MPa) đã được
nạp đày trước đó bởi máy nén khí. Ở thiết bị phân phối này có một van nạp điện từ
và một đông hồ đo lưu lượng được điều khiển một cách tự động. Khi dùng một
bình chứa để cung cấp nhiên liệu thì chỉ sử dụng 20% dung tích bình chứa. Khi sử
dụng dãy bình chứa nhiên liệu khí có áp suất cao, các bình chứa có cùng kích
thước được đặt ở các vị trí có độ cao khác nhau, theo các mức thấp, trung bình và
cao. Khi quá trình nạp nhiên liệu cho một phương tiện vận tải được bắt đầu thí dãy
bình chứa này được điều khiển sao cho bình chứa ở vị trí thấp nhất được sử dụng
trước tiên cho tới khi áp suất của nó cân bằng với áp suất của bình chứa trên
phương tiện vận tải thì quá trình nạp nhiên liệu từ quá trình này được dừng lại. Sau
đó bình chứa ở vị trí cao hơn được sử dụng cho tới khi lại đạt cân bằng áp suất
giữa bình chứa áp suất này với bình chứa nhiên liệu trong xe. Bình chứa ở vị trí
cao nhất được sử dụng sau cùng cho tới khi đạt áp suất 200 bar. Sử dụng dãy bình
chứa này thì dung tích sử dụng của bình chứa trên ô tô sẽ tăng lên tới 45 – 50%.
Quá trình nạp nhiên liệu này được điều khiển một cách tự động và thời gian nạp
nhiên liệu theo phương pháp này nhanh, chỉ mất 2 – 3 phút của xe hơi và 4 – 6
phút cho xe cỡ lớn. Hiện tại tất cả các trâm nhiên liệu CNG công cộng được thiên
kế theo phương pháp nạp nhanh.

Trang 24


Tìm hiểu công nghệ sản xuất CNG
`

Hình 8. Mô tả sự hoạt động của một trạm cung cấp nhiên liệu CNG theo phương
pháp nạp nhanh
CNG là một loại nhiên liệu vận tải thay thế cho xăng và diezen đang được sử dụng
rộng rãi ở nhiều quốc gia trên thế giới. Tuy ra đời muộn, nhưng CNG là một trong
những loại nhiên liệu có tốc độ phát triển nhanh nhất, được sử dụng phổ biến nhất

trong số nhiên liệu thay thế. Sử dụng CNG làm nhiên liệu vận tải có những ưu
điểm nổi bật là giá thành nhiên liệu rẻ, công nghệ sản xuất đơn giản, ít thải ra các
chất ô nhiễm môi trường, động cơ chạy CNG làm việc lâu hơn và ít bị phá hỏng
hơn… Tuy nhiên, sử dụng CNG có nhược điểm là chi phí cho chế tạo xe chạy
CNG và xây dựng chạm phân phối CNG cao, dẫn đến việc sử dụng CNG bị hạn
chế. Nhược điểm này đang được khắc phục bằng cách sử dụng các công nghệ và
vận liệu chế tạo mới nhầm làm giảm chi phí đầu tư ban đầu cho công nghệ CNG
đến mức thấp nhất, giúp phá bỏ những rào cản trong quá trình phổ biến CNG trên
thị trường nhiên liệu vận tải.

Trang 25