Đang tải... (xem toàn văn)
Yêu cầu kỹ thuật đối với nhiên liệu biogas sử dụng cho động cơ đốt trong LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của nền kinh tế thế giới, nhu cầu sử dụng nhiên liệu ngày càng tăng cao, môi trường sinh thái ngày càng bị ô nhiễm nặng nề, các nguồn năng lượng có nguồn gốc hóa thạch ngày càng cạn kiệt. Do đó, việc nghiên cứu để phát triển các nguồn nhiên liệu thay thế có khả năng tái tạo được, trong đó có nhiên liệu khí sinh học (Biogas) đang rất được chú trọng trên toàn thế giới.Theo dự báo của các nhà khoa học nguồn năng lượng có nguồn gốc từ hóa thạch sẽ cạn kiệt trong vòng 3040 năm nữa, vì vậy nếu không tìm được những nguồn năng lượng mới thay thế, thế giới có thể lâm vào khủng hoảng năng lượng nghiêm trọng. Vì vậy vấn đề tìm năng lượng thay thế là vấn đề chính có tính cấp bách, rất thời sự, được sự quan tâm rất lớn của toàn nhân loại.Một số nghiên sử dụng khí biogas để chạy động cơ đốt trong nhưng lại chưa lọc tạp chất và không có bộ khống chế tự động tốc độ của động cơ nên dẫn đến hiện tượng động cơ bị ăn mòn và chất lượng điện phát ra không ổn định.GS.TSKH Bùi Văn Ga đã chế tạo thành công bộ phụ kiện cho phép chuyển đổi nhiên liệu cho động cơ từ xăng hoặc diesel sang chạy biogas với hệ thống lọc biogas giúp lọc khí H2S và CO2 giúp khắc phục những nhược điểm trên. Với kết quả của công trình, các động cơ cở nhỏ như máy bơm nước, máy xay xát, máy phát điện , máy lạnh để bảo quản sản phẩm nông nghiệp… có thể thay nhiên liệu xăng bằng nguồn khí biogas đã được ứng dụng rộng rãi trong cả nước, đó là bộ phụ kiện GATEC19, GATEC20, GATEC21.Chất lượng của khí biogas ở từng vùng sẽ khác nhau, muốn sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong thì cần phải xử lý trước để phát huy hiệu quả sử dụng biogas làm nhiên liệu không ảnh hưởng đến tuoir thọ động cơ cũng như vấn đề khí thải gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên việc ứng dụng biogas để chạy các phương tiện cơ giới còn chưa được ứng dụng vào thực tiễn bới còn một số vấn đề liên quan như vấn đề loại bỏ tạp chất , vấn đề lưu trữ và vận chuyển khí vì CH4 có áp lực rất lớn khi nén hóa lỏng ở áp suất cao, đồng thời cần xác định một số tính chất của biogas để sử dụng cho các phương tiện cơ giới. Do vậy em chọn đề tài “yêu cầu kỹ thuật đối với nhiên liệu biogas sử dụng cho động cơ đốt trong”
i LỜI CẢM ƠN !""#$%&!'(#)*+,-) ! "'(.,("/0 1%,(2,"3 4562$27-)8/"9:;<%-=(>(3 "(?1@):1“yêu cầu kỹ thuật đối với nhiên liệu biogas sử dụng cho động cơ đốt trong”, 45"A@B C/DE-@1BE9%F/(9GH-IBC)! !") 1.,(%JK-)'E4"@$3#,) BC- H>L/!))"(-M" -19()3NOP) 9? I 2Q 1 6 R( ST3T'.&HU<S(T3*VW(XPH"A@,,L BR(! "/0 OP)!("PC 2Y<IZ#$%#)*+HA/$/["I4\ ))@))3 ii MỤC LỤC Bảng 1-1: Thành phần của biogas 3 Bảng 1-2: Một số tính chất vật lý của metan (CH4) 4 Bảng 1-3: Một số tính chất vật lý của Cacbon dioxide (CO2) 5 Bảng 1-4: Một số tính chất vật lý của Hydro sulfua (H2S) 6 Bảng 1-5: Một số ứng dụng của biogas và yêu cầu xử lý[24] 6 Bảng 1-6: Đặc tính và sản lượng khí thu được của một số nguyên liệu thường gặp 7 Bảng 1-7: So sánh đèn khí sinh học và đèn dầu hỏa 10 Bảng 1-8: So sánh nhiệt trị của một số chất đốt và lượng chất đốt tương đương với khí biogas khi dùng để đun nấu 10 Bảng 1-9: Lượng khí sinh học chạy động cơ đốt trong 12 CHƯƠNG 2: SẢN XUẤT BIOGAS 13 Bảng 2-1: Yêu cầu của bể biogas cải tiến 18 Bảng 3-1: Sự gia tăng của các chất ô nhiễm trong khí quyển 23 Bảng 3-2: Tỉ lệ phát thải các chất ô nhiễm ở Nhật (tính theo %) 24 Bảng 3-3: Tỉ lệ phát thải các chất ô nhiễm ở Mĩ (tính theo %) 24 Bảng 4.1: Tính chất một số nhiên liệu khí 33 Bảng 4-2: So sánh một số tính chất của mẫu 1 trước và sau khi xử lý tách CO2: 37 Bảng 4-3: So sánh một số tính chất của biogas ở mẫu 2 trước và sau khi xử lý tách CO2 41 Bảng 4-4: So sánh một số tính chất của khí biogas ở mẫu 3 trước nén và sau khi xử lý tách CO2 45 Bảng 4-5: so sánh một số tính chất diesel, xăng, lpg và biogas 45 Bảng 4-6: So sánh đặc tính của methane và xăng: 46 Bảng 4-7 : Chuyển đổi thành phần các mẫu khí 47 iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1: Sơ đồ các giai đoạn hình thành khí biogas 2 Hình 1-2: Đèn biogas 10 Hình 1-3: Bếp Biogas 10 Hình 1-4: Máy phát điện 11 Hình 2-1: Cấu tạo thiết bị khí sinh học nắp nổi 14 Hình 2-2: Cấu tạo thiết bị khí sinh học nắp cố định 15 Hình 2-3: Cấu tạo thiết bị khí sinh học kiểu túi chất dẻo 17 Hình 2-4: Thiết bị khí sinh học cải tiến 19 Hình 3-1: Biến thiên nồng độ ô nhiễm các chất theo hệ số dư lượng không khí 22 Hình 3-2: Bức xạ mặt trời Hình 3-3: Bức xạ vỏ trái đất 26 Hình 3-4: Hiệu ứng nhà kính 27 Hình 4-1: Tốc độ lan truyền màng cháy của hỗn hợp 49 50 Hình 4-2: Kích thước buồng cháy mô phỏng 50 Hình 4-3 : diễn biến quá trình đánh lửa biogas-không khí (biogas chiếm 70% CH4, 30% CO2 về khối lượng, Ti=800K, Pi=10bar, Tig=1ms, Eig= 230J) 50 Hình 4-4 : Ảnh hưởng của nhiên liệu đến dạng đường cong cháy 51 (Ti=800K,Pi=14bar,tig=1ms,Eig=500J) 51 Hình 4-5: Ảnh hưởng của thành phần biogas đến dạng đường cong cháy của hỗn hợp (Ti=800K, Pi=10bar, tig=1ms, Eig=230J) 52 Hình 4-6: Ảnh hưởng của nhiệt độ trước khi đánh lửa đến đường cong cháy của hỗn hợp biogas- không khí (biogas chứa 70%methane, 30% carbonic theo khối lượng, Pi=11bar, tig=1ms,Eig=230J) 52 Hình 4-7: Ảnh hưởng của áp suất trước khi đánh lửa đến dạng đường cong cháy của hỗn hợp biogas-không khí (Biogas chứa 70% methane, 30% carbonic theo khối lượng, ti=850K, tig=1ms,Eig=200J) 53 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Thành phần của biogas 3 Bảng 1-2: Một số tính chất vật lý của metan (CH4) 4 Bảng 1-3: Một số tính chất vật lý của Cacbon dioxide (CO2) 5 Bảng 1-4: Một số tính chất vật lý của Hydro sulfua (H2S) 6 Bảng 1-5: Một số ứng dụng của biogas và yêu cầu xử lý[24] 6 Bảng 1-6: Đặc tính và sản lượng khí thu được của một số nguyên liệu thường gặp 7 Bảng 1-7: So sánh đèn khí sinh học và đèn dầu hỏa 10 Bảng 1-8: So sánh nhiệt trị của một số chất đốt và lượng chất đốt tương đương với khí biogas khi dùng để đun nấu 10 Bảng 1-9: Lượng khí sinh học chạy động cơ đốt trong 12 Bảng 2-1: Yêu cầu của bể biogas cải tiến 18 Bảng 3-1: Sự gia tăng của các chất ô nhiễm trong khí quyển 23 Bảng 3-2: Tỉ lệ phát thải các chất ô nhiễm ở Nhật (tính theo %) 24 Bảng 3-3: Tỉ lệ phát thải các chất ô nhiễm ở Mĩ (tính theo %) 24 Bảng 4.1: Tính chất một số nhiên liệu khí 33 Bảng 4-2: So sánh một số tính chất của mẫu 1 trước và sau khi xử lý tách CO2: 37 Bảng 4-3: So sánh một số tính chất của biogas ở mẫu 2 trước và sau khi xử lý tách CO2 41 Bảng 4-4: So sánh một số tính chất của khí biogas ở mẫu 3 trước nén và sau khi xử lý tách CO2 45 Bảng 4-5: so sánh một số tính chất diesel, xăng, lpg và biogas 45 Bảng 4-6: So sánh đặc tính của methane và xăng: 46 Bảng 4-7 : Chuyển đổi thành phần các mẫu khí 47 LỜI MỞ ĐẦU v *)(H-I9?!"]B =R(@BI 9^2Y1))<( "9!))/W V _@!`<,`:,($))$B13K, -1C]!"]!`1(,B<!$ ",,1BE9%F&(9G("A"%") I3 2?/!R(!)B(%`<,`:=,($ 9a$B1"-bcdZed<(-6-5B 6` <I(I,]P-)BR< "%3U6-5-A@6<()-A@E,EA/!"A 9?9?>(P"AIR()P$3 f09:9^2YBE/(9]$0:"$(% $A-)B ,/0B:?0:0R(02Q1 0/W<b-)A1!"(B DW3 ST3T'.&HU<S(4$) /0YB1]D 10=O<_299($/(9-I1:% /(9%BE.gT-)hgBMY]"3UIB >R( "6!0i!/I!O(O!!! 1!$]/>9j 1k,](1O< /l`BE/(94C2Y"0"4"I,)/0YB1 SmNZnoSmNZgdSmNZgn3 AR(BE/(9=-H9aB!(:9^2Y/(9) 10:"6O^L"I]!1>9^ 2Y/(9)1B "%0p-A @BEP V "3 -1C2Y/(9]$!1Ib( C2Y-)?V/Ib09:-A@>(-A@$/i$ A-A@"-)-5]BE-6.e,!?"AIB,(i !9A(`O!W09:EAR(/(9]9^2Y! 1I3K-5%@)“yêu cầu kỹ thuật đối với nhiên liệu biogas sử dụng cho động cơ đốt trong” 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU VÀ MÔI TRƯỜNG 1.1 Hạn chế của nhiên liệu hóa thạch: T?B!!"(1,($4!2A0/I_I"W 9^!"]R(O40)3*1,($4,,"A !q-?9:,-)!)<,"3/ $_-1(B ]B ,_$R( 1,($r Z*1,($))$B1r"I6"$B(!-)9^2Y 1(6"(B O(`1,($9a/W$B13 :BR(!>(2?/!<>:"2ib B(!"-bBcs<BEbBsd<-) (!bB(!"-bBngd<3 ZtV "2BER(>!"6:!1,($r #:1,($$"(!A VB BErTh O *h O h h g A2V/(B$_k!hOBB-I I" "9a$)((O!-H?-) R$ "3*(IEBE=!$0,>( !9j2i-)1,($BudvDBE ")I3'E)P"?P"(/DBE 51C)BE-))$!-A@-@ "32?!R(D C<Irh g <n;v"nd<"$P2? B9a<edv"<gdgd3#C"I?,0W'F*5 &GDC!I 1!"]F"=fwG4BE-)/( BMBEP1C)BEFBEh g G3! I )!>:(!2Y!!"C0!h g /l !P(1>9^2Y<9^2Y!`<9$ 9^2Y<!93#`0-@ "O DC-)@OA/1!$BEr6` <I(9^2Y19$-I "3 Z"<P!2iO:A!1 ,($()!_R(@BI_/1!I(! "]3"($!2i("W"I!ER @I(!"]A/H!1!$] @BR(6-5)-)E9:2P3 #`j$C$"($1I,!"x3 2 "I_$R(1,($(j6 B`1(,)!`<!9-)P1 -I "3f0"`1(,)BE9% F/(9G!R()&!%y!9y(9"9FnzzeGr{&(99a) `1((!"({3 1.2 Tổng quan về khí biogas: 1.2.1 Khái niệm khí biogas: &(9(BE9%)9jBE9"(=>!"6PRB|BE! A3)RR(/(9)BE(F. e G-)BE (/Fh g G3*1"WAR(. e )cuun3nd c B}~ c 2,,]9^2Y /(9)10:"3 1.2.1 Quá trình hình thành khí biogas:[3, trang 3] &(99"(=9?PR!A" "BE FB|BEG3•!"6PRB|BE(BE()c($Er Hình 1-1: Sơ đồ các giai đoạn hình thành khí biogas Giai đoạn 1: Thủy phân và lên men KI!2YR(2"2-9-5"(!AC$ A/2"(/FR)O€(-)/0G3y"/WPR-)/ )!A2V("I2O"(O /(O(3 ((>!"6)),O$BjT"99A:"2"( 9-)-Bj&(993*-9-5",!2YPR(! A"-)9PAH 3 Giai đoạn 2: Axetic hoá AC$ F.2"(/"2G A F#2(O(G !(O Fy"/"(O(G . e -)h g . g -)h g mO(O( 3 *-)-Bjm&("(F-BjD(O(G!2"(9 (/9a/)!(O,P^iF(O(O(O "(O/!((-)09:E!BEhg.g*.c333* O)/0>!"6/ld3K9@(O0.R( ",]$3 *,-9-5$(O/(`!)r9"29y9 (("/9 &•2/(" 9 K9-/" 9 "/(" 9 (/(9m9T(9-)N9"(k Giai đoạn 3: Metan hoá )(%(>("%AR(>!"62I!2YR(-Bj9 (!(O-)!A/)!BEhg.g*.c .gT.e333 T?$).e,]$)g!r ZKI!2YR(-Bj0hg9a/WB^).e", A]1^)2"-)"3 ZmO]).eCr .cZhh. → .e‚hg !(OP^(9a/).eCr ƒZhh. → ƒnhh. → .chh. → .e‚hg U9-5((-)>!"6)),-Bj9(r f(/("f(/(9f(9f(9("(k T?P(>!"6B|BE9()c($"?"( )Lb"?)/0>!"6R(c($$0H0 -)`/0-I(9j9"(($n9a9^2Y($ g-)9j($g9^2Y]9BE9-53 1.2.3 Thành phần khí biogas:[19] Bảng 1-1: Thành phần của biogas ) „1FvG .e ;dJud hg cdJe; *g dJc .g dJn .gT dJn 4 hg dJg f(F.eGr…c;† Zf(AB )B HB2H" 1,"0-I0i!AC( ‡,H$((]2V!1"" /W"b"83 Zf()0BEP1C)BEnB()A"!#AA gnnBhg3 Zf(B 03*]:-I9CBi),,]P/i13 *,2V!-),]!2Y-IB BE$"(9j2V!D3 f()0AP$-),](O"@B1/6 3*$,]O"(50O$O:2Inzv3 Zf())!RR(BE9%3.)( "BE9%Y0-)$1PR-)9?2V/ R(!>!"69%3 Zf()01>("%3T-I(!:!(9"( Ehg"7-W1,3ˆ@(2QI =)lYE9A-)A<3*,/I-I !BE3 Zf(!)%^()$i(@1r .e‚ghg‰hg‚g.gh‚uzcB}~ Bảng 1-2: Một số tính chất vật lý của metan (CH4) EA-5L f(F.eG ':P^F~G nsde ':"FB~cG dunuF(9G #],FG Znz;g #]9 FG Znsns #]/(!9Adnnu/("FG Znzgc #]/M^(FG Znzz *10?/:!FG ezgJscg *10!:(FG gnez SI$DFvG ;Jn; *1!F}~BG ;;edc 5 '<b(("Inu F~G ddc; „1!))"B BE ddoeu]E &@) 'E"9:^(! ) $ 'E(/FhgGr…cs† Z)ABEB )B H_B BEBn;3ˆ 102IZuzŠ(/2O2Y$)!]) "M%)/<B 3 Zhgi8$"(2I!9A";n/("@B1!9ABE >],]"?=!(BE9("M($0 >!"6%)<(3 Z*,,_"BE>]"!#A-I`0A-)!00 BEP1C)BE3 ZT?121R(BEhg"/(9)1"WR(1-6 :/(9)10:"$/iBE hg3 Bảng 1-3: Một số tính chất vật lý của Cacbon dioxide (CO2) EA-5L (/2O2FhgG ':P^F~G eedn #]9 FG Zuz; #],FG Z;u ' < b( ( " I g; ndd By( F~G ne; „"%FB~cG nozFBEG nsFiG #0IZuzFyG ddu #]/M^( ' ! .2"9•(F.gTGr…cu† Z)ABE2V/M!,E0(-I„1dnv"B BE4 P0_A!/` BV0_6AO8^ -3 Z*_B BE,H"C:BBE9%p" B,W(2V2)5A9?,_R(,3 Z'E.gTP<b!0"1/(9C( .gT6")BE9a,_R(ThOp)0BE"A 0P((O "9!-)9CBi [...]... nhà kính so với sử dụng dầu mỏ làm nhiên liệu động cơ Sử dụng xe có động cơ chạy bằng khí sinh học có khả năng giảm khí thải xe cơ giới liên quan đến nhà kính hơn 340 triệu tấn - giảm 23% trong tổng lượng khí thải động cơ xe gây hiệu ứng nhà kính như hiện nay 4.5 Tính chất khí biogas: 4.5.1 Tính chất nhiên liệu sử dụng cho động cơ đốt trong : Đối với nhiên liệu sử dụng cho động cơ đốt trong ta cần... nitric hòa tan trong mưa, trong tuyết, trong sương mù làm hủy hoại thảm thực vật trên mặt đất (mưa acide) và gây ăn mòn các công trình kim loại 27 Hình 3-4: Hiệu ứng nhà kính 28 CHƯƠNG 4: TÍNH CHẤT KHÍ BIOGAS SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Nhiên liệu hiện tại sử dụng cho động cơ đốt trong: 1 Gasoline 2 Diesel 3 Cồn nhiên liệu 4 LPG 5 CNG 6 Điện 7 Năng lượng mặt trời 8 Hydrogen 4.1 Nhiên liệu và các ràng... biết hiện nay nhiên liệu sử dụng cho động cơ đốt trong chủ yếu là xăng và diesel Tuy nhiên khi sử dụng những nhiên liệu này có 2 vấn đề lớn cần quan tâm: - Chúng là nhiên liệu có nguồn gốc từ hóa thạch sẽ cạn kiệt sẽ cạn kiệt trong tương lai, theo ước tính là khoảng 40 năm nữa Dầu mỏ vùng Châu Á-Thái Bình Dương còn khai thác được khoảng 14 năm nữa - Khí thải động cơ khi sử dụng nhiên liệu hóa thạch... của động cơ Một số thành quả đạt được: - Sử dụng năng lượng điện mặt trời để chạy động cơ: tuy nhiên hiện nay giải pháp này ngoài trở ngại về ac-quy còn hạn chế về hiệu suất thu năng lượng của pin mặt trời - Sử dụng nhiên liệu khí hóa lỏng (Liquefied Petrolium Gas, viết tắt LPG) được xem là nhiên liệu sạch cung cấp cho động cơ có cả những ưu điểm của nhiên liệu lỏng và nhiên liệu khí Tuy nhiên nguồn nhiên. .. . -1C2Y/(9]$!1Ib( C2Y-)?V/Ib09:-A@>(-A@$/i$ A-A@"-)-5]BE-6.e,!?"AIB,(i !9A(`O!W09:EAR(/(9]9^2Y! 1I3K-5%@) yêu cầu kỹ thuật đối với nhiên liệu biogas sử dụng cho động cơ đốt trong 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU VÀ MÔI TRƯỜNG 1.1 Hạn chế của nhiên liệu hóa thạch: T?B!!"(1,($4!2A0/I_I"W 9^!"]R(O40)3*1,($4,,"A !q-?9:,-)!)<,"3/ $_-1(B. 4562$27-)8/"9:;<%-=(>(3 "(?1@):1 yêu cầu kỹ thuật đối với nhiên liệu biogas sử dụng cho động cơ đốt trong , 45"A@B C/DE-@1BE9%F/(9GH-IBC)! . chất đốt và lượng chất đốt tương đương với khí biogas khi dùng để đun nấu 10 Bảng 1-9: Lượng khí sinh học chạy động cơ đốt trong 12 CHƯƠNG 2: SẢN XUẤT BIOGAS 13 Bảng 2-1: Yêu cầu của bể biogas