Cng công nghệ ứng dụng

Nhóm Mô phỏng Công nghệ Hoá học và Dầu khí Trường Đại học Bách khoa Hà Nội CNG Công nghệ Ứng dụng Nội dung  Đặt vấn đề  Công nghệ sản xuất CNG  Sử dụng CNG 2 Khí thải từ GTVT Khí thải gây ô nhiễm môi trường: CO, CO2 , NOx , SOx , hydrocacbon ...  Nguyên nhân: xăng và diesel 3 Khí thải từ GTVT so với tổng lượng khí thải (%) COx NOx SOx Hydrocacbon không bay hơi Chất thải rắn Mỹ 63,6 34,9 26,7 Ấn Độ 60 New Zealand 40 70 Mexico 99 70 27 54 4 4 05 10 15 20 25 30 CO NOx NMHC/THC x 10 PM x 10 CNG Diesel 5 Môi trường Các biện pháp khắc phục Xăng và diesel chất lượng cao  Nhiên liệu thay thế:  Rượu  Khí (LPG, CNG, Hydro)  Điện năng  Biodiesel ...  Nhiên liệu khí có triển vọng nhất  Giá thành rẻ  Công nghệ chế biến đơn giản  Trữ lượng khí thiên nhiên lớn 6 Từ rất sớm, khí tự nhiên đã được chứa trong các bong bóng áp suất thấp sử dụng cho các phương tiện giao thông thời đó Circa 1930 Gas cho GTVT 7 Khí thải xe chạy bằng CNG 8  NOx trong khÝ th¶i thÊp h¬n Diesel  SO2 trong khÝ th¶i thÊp h¬n Diesel  CO2 trong khÝ th¶i thÊp h¬n Diesel  Bôi th¶i r¾n thÊp h¬n Diesel Sè liÖu so s¸nh dùa trªn c¬ së c«ng nghÖ vËn hµnh vµ thiÕt bÞ tư¬ng ®ư¬ng kiÓm tra thµnh phÇn khÝ th¶i Bảng so sánh khí thải Nhiên liệu Khí thải, g/100 km CO2 UHC CO NOx SOx PM Xăng 22000 85 634 78 8,3 1,1 Diezel 21000 21 106 108 21 12,5 LPG 18200 18 168 37 0,38 0,29 CNG 16275 5,6 22,2 25,8 0,15 0,29 9 Trạm nạp CNG 10 Xe sử dụng CNG pha H2 11 Sử dụng CNG trên thế giới Nước Số lượng xe Argentina 330.000 Nga 315.000 Italia 270.000 Đức 75.000 New Zealand 60.000 Mỹ 40.000 Canada 30.000 Anh 10.000 12 CNG - Tính chất P = 25 MPa Nhiệt trị 50 MJ/kg Nhiệt độ tự bốc cháy 600OC Giới hạn tự bốc cháy: 5  15% V (hỗn hợp với không khí) Trị số octan RON=MON=120 13 Tính chất hoá l{ CNG Xăng Diesel Khối lượng riêng, kg/ m3 170 740 860 Nhiệt trị, MJ/kg 50 44 42,5 Nhiệt độ tự bốc cháy (oC ) 600 400 250 Giới hạn tự bốc cháy, %V 5  15 1,4  7,6 1  5 Tính chất hoá lý của nhiên liệu 14 Metan (min.) 88 mol% Etan (max.) 6 mol% C3+ (max.) 3 mol% C6+ (max.) 0.2 mol% Hydro 0.1 mol% Carbon Monoxide 0.1 mol% Oxy 1.0 mol% Khí trơ 1.5 - 4.5 mol% Lưu huznh tổng (max.) 16 ppmv Nước, Hạt rắn, Hợp chất thơm H yd ro ca rb o n s C ác k h í k h ác CNG - Thành phần 15 CNG - Thành phần Metan Etan C3+ C6+ H2 CO O2 N2+CO2 S tổng H2O... H y d ro c a c b o n K h á c 16 Vận chuyển khí tự nhiên 17 Bằng đường ống dẫn Bằng tàu biển LNG Bằng tàu biển CNG LNG CNG Thể tích vận chuyển: 140.000 m3 100.000 m3 Khối lượng vận chuyển: 60.000 tấn 20.000 tấn So sánh vận chuyển CNG-LNG 18 Lựa chọn cách vận chuyển 19 Khoảng cách (ngàn km) S ả n p h ẩ m (t ri ệ u t ấ n /n ă m ) 1 2 3 4 5 Đường ống LNG CNG 1 2 3 4 5 Khó tìm giải pháp Vận chuyển CNG Trường hợp CNG được sản xuất rất xa nơi tiêu thụ: CNG sản xuất tại các nhà máy được vận chuyển đến nơi tiêu thụ bằng tàu và bằng Trailer:  Tàu sẽ vận chuyển CNG từ nhà máy sản xuất đến kho chứa  Trailer vận chuyển CNG từ kho chứa đến các trạm con Trường hợp nhà máy sản xuất không xa nơi tiêu thụ và có đường bộ kết nối: CNG được vận chuyển trực tiếp từ nơi sản xuất đến các trạm con bằng Trailer 20 Vận chuyển bằng tàu 21 Tàu biển vận chuyển CNG 22 Tàu biển vận chuyển CNG 23 Tàu biển vận chuyển CNG 24 Tàu biển vận chuyển CNG 25 Tàu biển vận chuyển CNG 26 Tàu biển vận chuyển CNG 27 Tàu biển vận chuyển CNG 28 Vận chuyển bằng Trailer Trailer vận chuyển CNG với áp suất 200 ÷ 250bar, nhiệt độ làm việc -60°C ÷ 0°C Các bồn chứa trên Trailer được thiết kế để vận chuyển ở nhiều áp suất khác nhau trong giới hạn áp suất thiết kế Trailer là sự kết hợp giữa phương tiện vận tải và hệ thống tồn trữ thiết kế riêng để vận chuyển khí nén gồm:  cylinder chứa khí  hệ thống vận hành nạp – chuyển khí  hệ thống an toàn 29 Công nghệ sản xuất CNG CNG từ khí sinh học (BCNG ) CNG từ LNG (LCNG ) CNG nén trực tiếp khí tự nhiên (CCNG ) 30 Công nghệ sản xuất CNG 31 ThiÕt bÞ hót khÝ ThiÕt bÞ sÊy khÝ Mµng ngăn 2 cÊp ThiÕt bÞ nÐn khÝ ThiÕt bÞ trao ®æi Biogas Sơ đồ nguyên lý BCNG C¬ cÊu truyÒn ®éng ThiÕt bÞ ph©n phèi CNG Xe «t« 32 Sấy khí Tái sinh BCNG 33 cng 0,035 MPa Nước C1 > 96% 25 MPa 6,89 MPa 6,89MPa 60OC Lọc bụi & ẩm Quạt hút Loại nước Máy nén Gia nhiệt Tách ẩm Gia nhiệt Màng ngăn 2 cấp Máy nén Sơ đồ nguyên lý LCNG BÓ chøa LNG B¬m HÖ thèng Tăng áp ThiÕt bÞ Ho¸ h¬i ThiÕt bÞ Ph©n phèi CNG ThiÕt bÞ Gia nhiÖt Xe «t« 34 4 CNG LNG CNG LCNG Bơm Hệ thống tăng áp Bộ hoá hơi CNG 35 Công nghệ CCNG  Xử l{ khí trước khi nén  Loại tạp chất cơ học  Loại nước  Loại CO2 và H2S  Nén khí  Thiết bị hút  Thiết bị sấy khí  Thiết bị lọc khí  Máy nén Trạm phân phối CNG 36 Máy nén 3 cấp nằm ngang 37 Tỷ số Pn/P1 5 10 80 120 >120 Số cấp máy nén 1 2 3 4 56 Sơ đồ nguyên lý CCNG Cơ cấu truyền động Thiết bị hút khí Thiết bị sấy khí Thiết bị lọc khí Hệ thống điều khiển Thiết bị trao đổi Thiết bị phân phối Xe ô tô Dãy bình chứa vị trí cao Dãy bình chứa vị trí trung Dãy bình chứa vị trí thấp KTN 38 ThiÕt bÞ nÐn khÝ CCng CNG Thiết bị đo khí Bộ thu hồi hơi Hàng rào cách nhiệt và tiếng ồn Thiết bị sấy khí Động cơ Máy nén 4 cấp Hệ thống Van phân phối Hệ thống van điều khiển Dãy bình chứa áp suất cao 39 Thiết bị phân phối CNG của SunGas 40 Thiết bị phân phối CNG sản xuất theo công nghệ LCNG 41 Thiết bị phân phối CNG của Gardner Denver 42 Trạm nạp CNG Gardner Denver 43 Trạm nạp CNG SULZER 44 Sử dụng  Xe chuyên dụng  Xe không chuyên dụng 45 Xe bus chạy bằng CNG 46 Xe không chuyên dụng Xe chạy bằng hai loại nhiên liệu (bi-fueled vehicle)  Nhiên liệu truyền thống & nhiên liệu thay thế  Có các bình chứa riêng rẽ Xe chạy bằng hỗn hợp của hai nhiên liệu (dual fueled vehicle)  Có các bình chứa riêng rẽ  Phun cả hai loại nhiên liệu vào buồng đốt 47 Bộ chuyển đổi  Bộ điều áp  Van ngắt, mở dòng xăng  Van đóng mở nhiên liệu CNG  Bình chứa CNG  Bộ trộn hỗn hợp khí nén - không khí  Ống cao áp  Ống mềm thấp áp 48 Phương pháp nạp nhiên liệu Phương pháp nạp chậm Phương pháp nạp nhanh 49 S¬ ®å n¹p chËm ThiÕt bÞ t¸ch bôi vµ Èm ThiÕt bÞ läc M¸y nÐn B¶ng ®iÒu khiÓn HÖ thèng ®iÒu khiÓn n¹p chËm ThiÕt bÞ ph©n phèi ÐÇu n¹p nhiªn liÖu 50 S¬ ®å n¹p nhanh cng ThiÕt bÞ t¸ch bôi vµ Èm ThiÕt bÞ läc M¸y nÐn B¶ng ®iÒu khiÓn HÖ thèng ®iÒu khiÓn n¹p nhanh ThiÕt bÞ ph©n phèi ÐÇu n¹p nhiªn liÖu 51 Sơ đồ nạp nhanh 52 Ưu điểm khi sử dụng CNG Giảm khí thải gây ô nhiễm môi trường Chi phí sản xuất thấp Giảm chi phí nhiên liệu 15-50% Thuận lợi khi vận hành An toàn khi sử dụng Nhu cầu ngày càng tăng 53 Quá trình công nghệ Xăng Diesel LPG CNG Đốt ở mỏ 3 3 3 0,8 Tiêu thụ ở mỏ 1 1 1 - Vận chuyển nguyên liệu 1,9 1,9 1,9 3 Lọc dầu 12,5 5,6 3,5 - Mất mát trong quá trình 0,3 0,1 0,1 - Phân phối 0,5 0,5 1 0,5 Nén - - - 6 Tổng cộng 19,2 12,1 10,5 10,3 Chi phí sản xuất nhiên liệu 54 Chi phí nhiên liệu Quãng đường Tiêu hao nhiên liệu Giá nhiên liệu (VNđ) Chi phí (VNđ) Xăng 100 km 10 lit 24 000 đ/lit 2 400 000 LPG 100 km 5 kg 36 000 đ/kg 1 800 000 CNG 100 km 8 m3 15 000 đ/m3 1 200 000 55 Thuận lợi khi vận hành Trị số octan cao RON = MON = 120 Sự pha trộn giữa không khí và CNG tốt hơn 56 An toàn khi sử dụng Nhiệt độ tự bốc cháy cao Nhẹ hơn không khí Bình chứa chắc chắn 57 Nhu cầu ngày càng tăng 58 Nhu cầu tiêu thụ khí CNG cho GTVT ở Mỹ Năm C N G ( fe e t kh ố i) 0 5 10 15 20 25 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Nhược điểm khi sử dụng CNG Đầu tư ban đầu cho trạm nạp lớn Chi phí hoạt động của trạm nạp lớn Giá thành bộ chuyển đổi cao Hệ thống bình chứa phức tạp  Tăng tải trọng của xe  Giảm không gian sử dụng  CNG có nhiệt trị thấp  Giảm phạm vi hoạt động của phương tiện  Công suất của động cơ giảm 8-15% 59 Đầu tư ban đầu Trạm nạp: 700.000 – 800.000 USD Bộ chuyển đổi:  Xe chạy xăng sang CNG 2.000 - 3.000 USD/xe  Xe chạy diezen sang CNG 3.100 - 6.000 USD/xe 60 Công suất trạm m3/h Lao động và chi phí khác Khấu hao Tổng chi phí 250 14.016 2.920 15.000 46.600 78.536 500 23.032 2.920 20.000 62.600 113.552 1000 56.064 3.650 25.000 82.600 167.314 Chi phí bảo dưỡng Chi phí năng lượng Chi phí trạm nạp mỗi năm (USD) 61 Bình chứa CNG 62 63 Bình chứa CNG Bình CNG cho xe ôtô con 64 Xe buýt 300-500 km/ngày 65 1400 kg 300 kg Tổng 1 bình=120 lit = 30 kg khí 10 bình = 300 kg khí 250 - 300 lit Dung tích bình chứa 1 (bình+khí) = 120 kg 10 (bình+khí) =1200 kg khung đỡ = 200 kg 300 kg Khối lượng bình chứa 45-65 kg/100 km 300 kg/ngày 40–60 lit/100 km 300 lit/ngày Tiêu thụ CNG Xăng Tăng 1100 kg Nhiên liệu CNG LPG Metanol Etanol Xăng Diezel Nhiệt trị 8500 23100 15892 21325 32560 36550 Nhiệt trị của nhiên liệu MJ/m3 66