Nghiên cứu ảnh hưởng của olefin trong LPG từ nhà máy lọc dầu đến các mục đích sử dụng tại việt nam và đề xuất giải pháp công nghệ phù hợp

Tiến hành thử nghiệm trên lò đốt công nghiệp mô hình với hỗn hợp LPG Dung Quất chứa 52,36% mol olefin và hỗn hợp LPG thị trường chứa 1,62% mol olefin kết quả cho thấy, hàm lượng olefin c

NGUYỄN THỊ MAI LÊ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA OLEFIN TRONG LPG TỪ NHÀ MÁY LỌC DẦU ĐẾN CÁC MỤC ĐÍCH

SỬ DỤNG TẠI VIỆT NAM VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP

CÔNG NGHỆ PHÙ HỢP

Chuyên ngành: Công Nghệ Hóa Học

LUẬN VĂN THẠC SỸ

TP Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2010

LỜI CẢM ƠN

Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến:

PGS.TS Phan Đình Tuấn – Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh và

TS Lê Công Tánh – Trung Tâm Nghiên Cứu và Phát triển Chế biến Dầu khí

đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận văn

Các Thầy, Cô giáo Khoa Công Nghệ Hóa Học – Trường Đại Học Bách Khoa

Tp Hồ Chí Minh đã truyền đạt những kiến thức bổ ích trong thời gian em học ở trường

Các đồng nghiệp tại Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển chế biến Dầu khí đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong quá trình thực hiện luận văn cũng như quá trình phân tích các mẫu LPG

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình và tất cả bạn bè đã động viên, giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và thực hiện Luận văn này

Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2010

Tác giả

Nguyễn Thị Mai Lê

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CCR Continuous Catalytic Reforming

RFCC Residue Fluid Catalytic Cracking

FCC Residue Fluid Catalytic Cracking

ETBE Ethyl Tert Buthyl Ether

LPG – DQ Hỗn hợp LPG từ Nhà máy lọc Dung QuấtLPG – TT Hỗn hợp LPG từ thị trường

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Hiện tại, phần lớn LPG tiêu thụ tại thị trường Việt Nam có nguồn gốc từ nhà máy chế biến khí Thành phần các hydrocacbon trong hỗn hợp LPG này chủ yếu là parafin gồm propan, n-butan và iso-butan Trong tương lai, với sự ra đời của các nhà máy lọc dầu thì nguồn cung LPG cho thị trường Việt Nam chủ yếu lấy từ các nhà máy lọc dầu Hỗn hợp LPG đi từ nhà máy lọc dầu thường chứa các olefin như propen và buten (LPG từ nhà máy lọc dầu Dung Quất chứa hơn 50% mol olefin) và điều này có thể ảnh hưởng đến quá trình sử dụng tại điều kiện Việt Nam

Luận văn tập trung đi vào phân tích và đánh giá ảnh hưởng của olefin đến quá trình sử dụng tại Việt Nam (tập trung vào ứng dụng trong lò đốt công nghiệp) và đềxuất phương án công nghệ thích hợp nhằm giảm thiểu hàm lượng olefin có mặt trong LPG

Tiến hành thử nghiệm trên lò đốt công nghiệp mô hình với hỗn hợp LPG Dung Quất (chứa 52,36% mol olefin) và hỗn hợp LPG thị trường (chứa 1,62% mol olefin) kết quả cho thấy, hàm lượng olefin có ảnh hưởng nhiệt độ ngọn lửa, thành phần khí thải, lượng bồ hóng và tốc độ cháy của nhiên liệu Cụ thể, hỗn hợp LPG Dung Quất

có nhiệt độ ngọn lửa thấp hơn so với hỗn hợp LPG thị trường từ 37oC đến 60oC; hàm lượng hydrocacbon trong khói thải của LPG Dung Quất cao hơn so với hàm lượng HC trong khói thải của LPG thị trường từ 2 – 8 ppm; tốc độ cháy của LPG Dung Quất chậm hơn so với LPG thị trường từ 1,2 đến 4,6 lần; lượng bồ hóng khi đốt LPG Dung Quất cao hơn so với LPG thị trường

Tiến hành phân tích và đánh giá các phương án công nghệ nhằm tận dụng cấu

tử isobuten có trong dòng C4hỗn hợp của Nhà máy lọc dầu Dung Quất làm nguyên liệu cho hóa dầu Xét các yếu tố công nghệ, kinh tế và điều kiện cụ thể của Nhà máy lọc dầu Dung Quất thì phương án lựa chọn là công nghệ sản xuất ETBE Công suất

dự kiến của phân xưởng sản xuất ETBE từ nguồn C4 hỗn hợp của Nhà máy lọc dầu Dung Quất là 150 ngàn tấn/năm

SUMMARY ESSAY

Currently, the most of LPG consumed in the Vietnam market is derived from gas processing plants Composition of hydrocarbons in the mixed LPG consist mainly paraffin such as propane, n-butane and iso-butane In the future, the growing

of refineries in Vietnam makes the LPG supply mainly comes from oil refining The LPG source may contain varying small amounts of olefinic hydrocarbons (LPG from Dung Quat contain more than 50 % mol olefins) and this may affect the used

in Vietnam conditions

This thesis focuses on the analysis and to assess the impact of olefins to the used processes in Vietnam (focus on applications in industrial furnaces) and propose appropriate technology to reduce olefin content in LPG

Conducting tests on the model of industrial furnace with a mixed LPG from Dung Quat refinery (containing 52.36 mol% olefins) and mixed LPG from the market (containing 1.62 mol% olefins), results showed that olefins influenced the flame temperature, exhaust gas composition, the amount of soot and fuel combustion rate Specifically, flame temperature of LPG from Dung Quat refinery

is less 37 oC to 60 oC than that of LPG from the market; hydrocarbon content in exhaust gases of LPG from Dung Quat refinery is more 2 to 8 ppm than that of LPG from market; combustion rate of LPG from Dung Quat refinery is less 1.2 to 4.6 times than that of LPG from the market; amount of soot of LPG from Dung Quat refinery is higher than that of LPG from the market

Analysis and evaluation of technological options to salvage isobutene in mixture C4 of Dung Quat refinery as raw material for petrochemicals Considering the factors of technology, economy and the specific conditions of the Dung Quat refinery, the alternatives are ETBE production technology Planned capacity of workshops ETBE production from mixed C4 of Dung Quat refinery is 150 thousand tons per year

MỤC LỤC

TÓM TẮT LUẬN VĂN 3

MỤC LỤC 5

DANH MỤC BẢNG 7

DANH MỤC HÌNH 9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 11

1.1 Tổng quan về LPG và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sử dụng 11

1.1.1 Đặc tính cơ bản và các ứng dụng của LPG 11

1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sử dụng .14

1.2 Ảnh hưởng của thành phần hydrocacbon trong LPG đến các ứng dụng .21

1.2.1 Dân dụng và thương mại 21

1.2.2 Công nghiệp 22

1.2.3 Giao thông vận tải 22

1.3 Yêu cầu chất lượng LPG tại Việt Nam và một số quốc gia trên thế giới .27

1.3.1 Việt Nam 27

1.3.2 Trung Quốc 29

1.3.3 Nhật 30

1.3.4 Úc 32

1.3.5 Châu Âu 33

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM 37

2.1 Phân tích mẫu LPG (Theo phương pháp phân tích ASTM D-2163) 37

2.2 Thí nghiệm trên lò đốt công nghiệp 40

2.2.1 Đối tượng thí nghiệm 40

2.2.2 Mục đích thí nghiệm 40

2.2.3 Xây dựng mô hình và phương pháp thí nghiệm 40

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 45

3.1 Kết quả phân tích mẫu LPG 45

3.2 Xử lý số liệu thí nghiệm và phân tích kết quả 46

3.3 Giải thích kết quả thực nghiệm 69

3.4 Kết luận kết quả thực nghiệm 70

CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NHẰM ĐẢM BẢO HÀM LƯỢNG OLEFIN TRONG LPG TỪ NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT 71

4.1 Các Phương Án Công Nghệ 71

4.1.1 Công nghệ alkyl hóa 72

4.1.2 Công nghệ ether hóa 76

4.1.3 Công nghệ Oligome hóa – Polynaphtha của Axen 81

4.2 Đánh giá, lựa chọn phương án tối ưu 82

4.2.1 Công nghệ Alkyl hóa gián tiếp 83

4.2.2 Sơ Bộ Về Phân Xưởng ETBE 86

4.3 Kết Luận Sơ Bộ 88

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

PHỤ LỤC 95

TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 106

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc tính LPG 11

Bảng 1.2 Nhiệt trị của Propane, Butane và Butene-2 17

Bảng 1.3 Độ bay hơi và nhiệt hữu ích của hỗn hợp 30% C3H8 và 70% C4H10 với các thành phần khác nhau của Butene-2 ở 25oC và 3,12 atm 18

Bảng 1.4 Độ bay hơi và nhiệt hữu ích của hỗn hợp 40% C3H8 và 60% C4H10 với các thành phần khác nhau của Butene-2 ở 25oC và 3,12 atm 18

Bảng 1.5 Độ bay hơi và nhiệt hữu ích của hỗn hợp 50% C3H8 và 50% C4H10 với các thành phần khác nhau của Butene-2 ở 25oC và 3,12 atm 18

Bảng 1.6 Trị số octan của một số chất 23

Bảng 1.7 Thành phần một số hỗn hợp nhiên liệu khảo sát 23

Bảng 1.8 Kết quả chỉ số chống kích nổ của các hỗn hợp nhiên liệu 24

Bảng 1.9 Chỉ số MON của một số hỗn hợp LPG so sánh với các hỗn hợp chuẩn 26

Bảng 1.10 Yêu cầu kỹ thuật đối với khí đốt hóa lỏng (TCVN 6548:1999) 27

Bảng 1.11 Một số tính chất khác của LPG nhập khẩu vào Trung Quốc 30

Bảng 1.12 Tiêu chuẩn chất lượng LPG JIS K 2240 31

Bảng 1.13 Một số loại LPG dùng cho phương tiện vận tải ở châu Âu 35

Bảng 1.14 Tiêu chuẩn chất lượng LPG dùng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong ở châu Âu - EN 589 36

Bảng 3.1 Tính chất LPG thị trường và LPG Dung Quất 45

Bảng 3.2 Xác định L0 46

Bảng 3.3 Thành phần khói thải 47

Bảng 3.4 Hình ảnh ngọn lửa và bồ hóng (P=3bar, α=1) 47

Bảng 3.5 So sánh tốc độ cháy (p = 3bar,  =1) 48

Bảng 3.6 Thành phần khí thải (p = 3bar,  =1,3) 49

Bảng 3.7 Hình ảnh ngọn lửa và bồ hóng (p = 3bar,  =1,3) 50

Bảng 3.8 So sánh tốc độ cháy ( p = 3bar,  =1,3) 50

Bảng 3.9 Thành phần khí thải (P=3bar, α=0,7) 51

Bảng 3.10 Hình ảnh ngọn lửa và bồ hóng (p = 3bar,  =0,7) 52

Bảng 3.11 Xác định tốc độ cháy chế độ (p=3bar,  = 0,7) 53

Bảng 3.12 Thành phần khí thải (p=2bar,  = 1) 54

Bảng 3.13 Hình ảnh ngọn lửa và bồ hóng tại P=2bar, α=1 54

Bảng 3.14 Xác định tốc độ cháy chế độ (p=2bar,  = 1) 55

Bảng 3.15 Thành phần khí thải (p=2bar,  = 1,3) 56

Bảng 3.16 Hình ảnh ngọn lửa và bồ hóng tại P=2bar, α=1,3 56

Bảng 3.17 Xác định tốc độ cháy chế độ (p=2bar,  = 1,3) 57

Bảng 3.18 Thành phần khí thải (p=2bar,  = 0,7) 58

Bảng 3.19 Hình ảnh ngọn lửa và bồ hóng (p=2bar,  = 0,7) 58

Bảng 3.20 Xác định tốc độ cháy chế độ (p=2bar,  = 0,7) 59

Bảng 3.21 Thành phần khí thải (p=1,5bar,  = 1) 60

Bảng 3.22 Hình ảnh ngọn lửa và bồ hóng (p=1,5bar,  = 1) 60

Bảng 3.23 So sánh tốc độ cháy (p=1,5bar,  = 1) 61

Bảng 3.24 Thành phần khí thải (p=1,5bar,  = 1,3) 62

Bảng 3.25 Hình ảnh ngọn lửa và bồ hóng (p=1,5bar,  = 1,3) 62

Bảng 3.26 Xác định tốc độ cháy chế độ (p=1,5bar,  = 1,3) 63

Bảng 3.27 Thành phần khí thải (p=1,5bar,  = 0,7) 64

Bảng 3.28 Hình ảnh ngọn lửa và bồ hóng (p=1,5bar,  = 0,7) 64

Bảng 3.29 Xác định tốc độ cháy chế độ (p=1,5bar,  = 0,7) 65

Bảng 3.30 Kết quả đo SO2 66

Bảng 4.1 Đặc điểm chính của các công nghệ 72

Bảng 4.2 Hiệu suất và tính chất sản phẩm của quá trình Alkyl hóa HF 74

Bảng 4.3 Tính chất đặc trưng của sản phẩm ETBE 78

Bảng 4.4 Chất lượng sản phẩm khi sử dụng công nghệ polynaphtha 82

Bảng 4.5 Nguyên liệu và sản phẩm trong công nghệ InAlk 85

Bảng 4.6 Lượng H2tiêu tốn khi sử dụng công nghệ InAlk 86

Bảng PL.1 Thành phần của LPG Dung Quất 95

Bảng PL.2 Thành phần của LPG thị trường 96

Bảng PL.3 Xác định L0 96

Bảng PL.4 Kết quả đo nhiệt độ ngọn lửa LPG Dung Quất (p=1,5bar) 97

Bảng PL.5 Kết quả đo nhiệt độ ngọn lửa LPG Dung Quất (p= 2bar) 98

Bảng PL.6 Kết quả đo nhiệt độ ngọn lửa LPG Dung Quất (p= 3bar) 100

Bảng PL.7 Kết quả đo nhiệt độ ngọn lửa LPG thị trường (p= 1,5bar) 101

Bảng PL.8 Kết quả đo nhiệt độ ngọn lửa LPG thị trường (p= 2bar) 102

Bảng PL.9 Kết quả đo nhiệt độ ngọn lửa LPG thị trường (p= 3bar) 104

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Áp suất hơi bão hòa của một số cấu tử LPG 15

Hình 1.2 Áp suất hơi bão hòa của một số hỗn hợp LPG 15

Hình 1.3 Sơ đồ quá trình đốt LPG 16

Hình 1.4 Nhiệt hữu ích thu được của LPG khi thay đổi thành phần Butene-2 19

Hình 1.5 Ảnh hưởng của Butene-2 đến độ chuyển hóa của C3H8 20

Hình 1.6 Ảnh hưởng của Butene-2 đến độ chuyển hóa của C4H10 20

Hình 1.7 Tình hình sử dụng LPG tại Việt Nam 27

Hình 1.8 Tình hình sử dụng LPG tại Trung Quốc 29

Hình 1.9 Tình hình sử dụng LPG tại Nhật Bản 32

Hình 1.10 Tình hình sử dụng LPG tại Úc 33

Hình 1.11 Tình hình sử dụng LPG tại Châu Âu 34

Hình 2.1 Sơ đồ mô hình thí nghiệm 1 41

Hình 2.2 Sơ đồ mô hình thí nghiệm 2 43

Hình 3.1 Nhiệt độ ngọn lửa dọc trục (P=3bar, α=1) 46

Hình 3.2 Nhiệt độ ngọn lửa dọc trục (P=3bar, α=1,3) 49

Hình 3.3 Nhiệt độ ngọn lửa dọc trục (P=3bar, α=0,7) 51

Hình 3.4 Nhiệt độ ngọn lửa dọc trục (P=2bar, α=1) 53

Hình 3.5 Nhiệt độ ngọn lửa dọc trục (P=2bar, α=1,3) 55

Hình 3.6 Nhiệt độ ngọn lửa dọc trục (P=2bar, α=0,7) 57

Hình 3.7 Nhiệt độ ngọn lửa dọc trục (P=1,5bar, α=1) 59

Hình 3.8 Nhiệt độ ngọn lửa dọc trục (P=1,5bar, α=1,3) 61

Hình 3.9 Nhiệt độ ngọn lửa dọc trục (P=1,5bar, α=0,7) 63

Hình 4.1 Các phương án công nghệ giảm hàm lượng olefin trong LPG 71

Hình 4.2 Sơ đồ công nghệ quá trình Alkyl hóa trực tiếp sử dụng xúc tác HF 73

Hình 4.3 Sơ đồ công nghệ Alkyl hóa gián tiếp của UOP 75

Hình 4.4 Sơ đồ công nghệ ether hóa của Uhde 76

Hình 4.5 Sơ đồ công nghệ ether hóa của CDTech 78

Hình 4.6 Quy trình công nghệ sản xuất ETBE của Snamprogetti 80

Hình 4.7 Công nghệ Oligome hóa và Polynaphta của Axens 81

Hình 4.8 Qui trình công nghệ sản xuất Alkylate gián tiếp 84

Hình 4.9 Sơ đồ công nghệ phân xưởng SHP của UOP 84

Hình 4.10 Sơ đồ công nghệ phân xưởng InAlk xúc tác SPA của UOP 85

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về LPG và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sử dụng

9 Năng suất tản nhiệt thực tế

(net)

Kcal/kgKcal/Nm3

11.00021.000

10.90028.400

10 Năng suất tản nhiệt chung

11 Không khí cần để đốt cháy Kg/kg LPG

M3/m3LPG

25,623,5

15,330

a Thành phần

LPG được sản xuất từ hai nguồn chính là tách từ dầu thô và khí thiên nhiên Thành phần propan và butan trong LPG tách từ khí phụ thuộc vào bản chất mỏ khí và công nghệ xử lý LPG còn thu được từ nhà máy lọc dầu thì phụ thuộc vào các quá trình chuyển hóa như cracking nhiệt, cracking xúc tác và hydrocacracking LPG tách từkhí chủ yếu gồm các parafin như propan, butan, iso-butan LPG từ nhà máy lọc dầu, ngoài các cấu tử parafin như LPG từ khí thì nó còn chứa một lượng olefin là propen

và buten

LPG được chứa trong các loại bình chịu áp lực khác nhau và tồn chứa ở trạng thái bão hoà, tức là dưới dạng lỏng và dạng hơi nên với thành phần không đổi, áp suất bão hoà trong bình chứa không phụ thuộc vào lượng LPG bên trong mà phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài Thông thường các loại bồn chứa chỉ được chứa gas lỏng tối

đa khoảng 80 ÷ 85% thể tích bình, phần thể tích còn lại dành cho phần hơi có thểgiãn nở khi thay đổi nhiệt độ môi trường bên ngoài

b Tỷ lệ giãn nở

LPG có tỷ lệ giãn nở lớn, từ dạng lỏng sang dạng hơi Nhờ hệ số giãn nở này mà LPG trở lên kinh tế hơn khi bảo quản và vận chuyển dưới dạng lỏng

- Propan: 1 thể tích lỏng cho 270 thể tích hơi ở 1 atm

- Butan: 1 thể tích lỏng cho 283 thể tích hơi ở 1 atm

c Áp suất của LPG

Áp suất tối đa cho phép đối với sản phẩm LPG như sau:

- Propan C3H8có áp suất 1448 KPa ở 37,8 oC

- Butan C4H10có áp suất 438 KPa ở 37,8oC

d Tỷ trọng của LPG

Tỷ trọng của hơi LPG là tỷ trọng giữa trọng lượng của dung tích hơi quy định và trọng lượng của một dung tích không khí tương đương

- Propan: 1 lít propan hơi cân nặng bằng 1,5 lít không khí

- Butan: 1 lít butan hơi cân nặng bằng 2,0 lít không khí

Điểm sôi là nhiệt độ mà ở đó chất lỏng sôi ở áp suất khí quyển

- Điểm sôi của propan là -42oC

- Điểm sôi của butan là -4oC

Khi LPG thoát ra ngoài không khí,vì LPG giãn nở và bay hơi nên nhiệt độ tại đó sẽ

Ở nước ta LPG được sử dụng rất nhiều trong các ngành của nền kinh tế quốcdân, nó đã mang lại lợi ích to lớn:

- Cung cấp cho người tiêu dùng loại năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường;

- Sử dụng LPG tạo cho các cơ sở công nghiệp không những sử dụng nhiên liệusạch mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm;

- Giảm phá hoại rừng, góp phần tích cực vào bảo vệ môi trường sinh thái;

- Tạo điều kiện cho việc phát triển công nghiệp LPG ở Việt Nam trong thờigian tới, tạo công ăn việc làm cho người lao động trong các ngành côngnghiệp có liên quan

Thành phần chủ yếu của LPG là propan và butan Việc ứng dụng LPG thươngphẩm được phân làm các loại chính sau:

- Propan thương phẩm: làm nhiên liệu cho động cơ hoạt động ở những điều kiện khắc nghiệt của môi trường (áp suất cao, nhiệt độ thấp)

- Butan thương phẩm: sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đòi hỏi sự bay hơi thấp hơn

- Hỗn hợp propan - butan: sử dụng làm nhiên liệu trong điều kiện bay hơi trung bình

- Propan chuyên dùng: là sản phẩm có chất lượng cao sử dụng trong các động

cơ đốt trong đòi hỏi có sự kích nổ cao

LPG có nhiệt cháy cao nằm trong khoảng 11.300 ÷ 12.000 Kcal/kg tương đươngnhiệt trị của 1.5 ÷ 2 Kg than củi, 1,3 lít dầu hoả hoặc 1,5 lít xăng Với những đặctính như trên LPG trở thành sản phẩm có tính đa dụng rất cao và được sử dụngtrong các lĩnh vực khác nhau:

- Sử dụng làm nhiên liệu đốt trong sinh hoạt: đun nấu, sưởi ấm nó góp phần bảo vệ môi trường sinh thái, tránh nạn chặt phá rừng.

- Trong công nghiệp: Các ngành công nghiệp sử dụng LPG làm nhiên liệu trong đốt lò, nung gốm, thuỷ tinh, sành sứ, hàn cắt kim loại, lò hơi nước trong công nghiệp dệt nhuộm, chế biến thực phẩm

- Trong nông nghiệp: Sử dụng LPG làm nhiên liệu trong sản xuất thức ăn gia súc, chế biến, sấy nông sản, thực phẩm

- Trong giao thông vận tải: Làm nhiên liệu thay cho xăng nhằm giảm ô nhiễn môi trường

- Trong công nghiệp hoá dầu: sử dụng LPG trong quá trình tinh chế sản xuất dầu nhờn Ngoài ra nó còn được ứng dụng là nguyên liệu hoá học để tạo ranhững monme để tổng hợp polime trung gian như: Polyetylen, polyvinylclorua, polypropylen, để sản xuất MTBE là chất làm tăng chỉ sốoctan thay thế cho hợp chất chì pha vào xăng

- Sử dụng cho nhà máy điện: Dùng LPG chạy tuốc bin để sản xuất ra điện phục

vụ cho các ngành công nghiệp khác đem lại hiệu quả kinh tế cao

1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sử dụng

1.1.2.1 Khả năng hóa hơi

Để có thể sử dụng được LPG thì điều cần thiết là phải hóa hơi được trong điều kiện bình thường (hóa hơi ở nhiệt độ môi trường), do đó hỗn hợp LPG phải có áp suất hơi bão hòa đủ lớn để có thể thực hiện quá trình hóa hơi và đốt cháy Thành phần các hydrocarbon trong LPG quyết định áp suất hơi bão hòa của hỗn hợp, trong điều kiện thời tiết lạnh, nếu hàm lượng propane thấp thì sẽ ảnh hưởng đến sự hóa hơi của nhiên liệu do áp suất hơi bão hòa của nó cao Các olefin có mặt trong LPG cũng có ảnh hưởng đến áp suất hơi của hỗn hợp, butenes có áp suất hơi bão hòa thấp, do đó khi nồng độ của hydrocarbon này càng cao thì càng làm giảm áp suất hơi bão hòa của hỗn hợp LPG xuống Hình 1.1 là một ví dụ về sự thay đổi áp suất hơi của hỗn hợp khi thay đổi thành phần của các cấu tử, đối với butane nguyên chất, ta thấy rằng

ở nhiệt độ môi trường lạnh (khoảng 0oC) thì khả năng hóa hơi là rất khó, ngược lại

với propane, ở 0oC có thể hóa hơi tốt bởi áp suất hơi bão hòa của nó đến hơn 4 atm Khi tăng dần hàm lượng C4 và giảm dần C3 theo các tỷ lệ C3/C4: 50/50, 40/60, 30/70…thì áp suất hơi của hỗn hợp cũng giảm theo

0 10 20 30 40

Hình 1.1 Áp suất hơi bão hòa của một số cấu tử LPG

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Hình 1.2 Áp suất hơi bão hòa của một số hỗn hợp LPG

1.1.2.2 Tốc độ bay hơi

Tốc độ bay hơi của LPG (lượng bay hơi trong một đơn vị thời gian) là một thông sốquan trọng ảnh hưởng đến quá trình sử dụng Tốc độ bay hơi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như diện tích bề mặt chất lỏng, áp suất hơi bão hòa của các cấu tử, nhiệt độ…, trong đó áp suất hơi bão hòa là yếu tố khá quan trọng Theo lý thuyết, tốc độbay hơi của LPG tỷ lệ thuận với áp suất hơi bão hòa của nó [5,6]

Đối với những hộ sử dụng qui mô lớn (công nghiệp), tốc độ hóa hơi của LPG phải đảm bảo để đáp ứng được yêu cầu cấp với lưu lượng lớn, nếu không, nhiệt lượng sẽkhông đủ cho quá trình hoạt động của thiết bị, dẫn đến thời gian làm việc và chất lượng sản phẩm sẽ bị ảnh hưởng Tuy nhiên điều này cũng dễ khắc phục nếu lắp thêm một thiết bị hóa hơi cưỡng bức để làm tăng độ bay hơi của LPG cấp cho quá trình Sự hóa hơi nhiên liệu cũng ảnh hưởng đến hiệu suất thu nhiệt của nó, nghĩa là nếu giữ nguyên điều kiện hóa hơi khi thay đổi thành phần hỗn hợp LPG thì nhiệt lượng hữu ích thu được trong một đơn vị thời gian sử dụng sẽ thay đổi

1.1.2.3 Nhiệt lượng hữu ích

Buồng đốt

Không khí

Khi thay đổi thành phần LPG thì khả năng hóa hơi của hỗn hợp sẽ thay đổi do thay đổi áp suất hơi Đối với olefin, cụ thể là Butene-2, khi nâng dần nồng độ của nó trong hỗn hợp C3H8-C4H10 lên thì áp suất hơi của hỗn hợp sẽ giảm, dẫn đến độbay hơi sẽ giảm khi xét ở cùng 1 điệu kiện hóa hơi

Giả sử hóa hơi và đốt cháy hoàn toàn một lượng cho trước là 1 tấn LPG trong một giờ (có thành phần x% C3H8 và (100-x)% C4H10) ở điều kiện nhiệt độ T và áp suất

P với một lượng oxi vừa đủ, thì nhiệt lượng toàn phần thu được là Q (kcal/h) Cho tổn thất nhiệt (lượng nhiệt vô ích không hấp thụ bởi thiết bị sử dụng) là a% thì lượng nhiệt hữu ích thu được sẽ là (1-a/100)*Q (kcal/h) Giả sử tổn thất nhiệt là như nhau khi dùng một thiết bị

Khi thêm dần Butene-2 vào hỗn hợp LPG nói trên thì khi xét ở cùng điều kiện áp suất và nhiệt độ, hỗn hợp trở thành 2 pha lỏng – hơi và chỉ một lượng LPG được hóa hơi, khi đó phần nhiệt lượng hữu ích thu được trong một đơn vị thời gian sẽthay đổi (do chỉ đưa được phần hơi vào buồng đốt)

Để xét ảnh hưởng của Butene-2 đến độ tiêu hao nhiên liệu LPG, ta sẽ tính toán trong 2 trường hợp:

- Xét ở cùng điệu kiện hóa hơi và đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp khí;

- Xét hỗn hợp đã hóa hơi hoàn toàn

TH1: Hóa hơi và đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp khí

Bảng 1.2 Nhiệt trị của Propane, Butane và Butene-2

áp suất nhỏ hơn hoặc bằng 3,12 atm (giá trị áp suất điểm sương của hỗn hợp) Như vậy nhiệt lượng hữu ích khi đốt cháy hỗn hợp này là:

(1-a/100)*Q = 245,35 x 11.089 + 754,65 x 10.945 = 11x1006*(1-a/100) (kcal/h)

Khi tăng lần lượt 10%, 20%, 30% và 50% Butene-2 vào thì độ bay hơi và nhiệt lượng hữu ích thu được trên một đơn vị thời gian sẽ giảm theo bảng sau:

Bảng 1.3 Độ bay hơi và nhiệt hữu ích của hỗn hợp 30% C3H8 và 70% C4H10 với các thành phần khác nhau của Butene-2 ở 25oC và 3,12 atm

%Butene %bay hơi Số mole hơi (1-a/100)*Q(kcal/h)

Đối với các hỗn hợp khác 40%C3-60%C4 và 50%C3-50%C4 cũng tính tương tự

Bảng 1.4 Độ bay hơi và nhiệt hữu ích của hỗn hợp 40% C3H8 và 60% C4H10 với các thành phần khác nhau của Butene-2 ở 25oC và 3,12 atm

%Butene %bay hơi Số mole hơi (1-a/100)*Q(kcal/h)

Hình 1.4 Nhiệt hữu ích thu được của LPG khi thay đổi thành phần Butene-2

Như vậy, nhiệt lượng hữu ích của LPG khi tăng dần hàm lượng Butene-2 vào ởcùng điều kiện hóa hơi sẽ giảm Theo biểu đồ trên, khi hàm lượng Butene-2 vượt quá 50% thể tích trong hỗn hợp thì sẽ làm hỗn hợp khó bay hơi và như thế lượng nhiên liệu vào béc đốt (ở dạng hơi) sẽ giảm, dẫn đến nhiệt lượng hữu ích thu được

sẽ giảm đi

Từ tính toán trên có thể thấy rằng sự ảnh hưởng của các chất có áp suất hơi bão hòa thấp như Butene-2 đến sự bay hơi của nhiên liệu khí hóa lỏng là rất lớn Ở cùng một nhiệt độ môi trường, nếu thành phần C4 (cả butane và butene) tăng lên và lượng C3 giảm xuống thì áp suất hơi bão hòa của LPG sẽ giảm, dẫn đến lưu lượng nhiệt của nhiên liệu giảm đi

TH2: Hỗn hợp hóa hơi hoàn toàn

Như vậy, để thực hiện quá trình đốt, ta phải thay đổi điều kiện hóa hơi để đảm bảo hỗn hợp bay hơi hoàn toàn trước khi vào buồng đốt Trong thực tế, LPG được tồn chứa ở trạng thái hơi bão hòa, do đó áp suất hơi sẽ thay đổi theo nhiệt độ môi trường ngoài

Trong điều kiện đó, ảnh hưởng của Butene-2 đến sự chuyển hóa hoàn toàn C3 và C4 thành năng lượng hữu ích sẽ được xét qua khả năng phản ứng với oxi Để xét

khả năng này, ta mô phỏng quá trình cháy trong thiết bị phản ứng khuấy trộn đều (đảm bảo hỗn hợp nhiên liệu và không khí sẽ đồng nhất và sự cháy diễn ra cũng đồng nhất).

Xét hỗn hợp LPG 30%C3-70%C4, tỷ lệ O2/nhiên liệu vừa đủ (α=1) Kết quả thu được như sau:

0.0E+00 2.0E-01 4.0E-01 6.0E-01 8.0E-01 1.0E+00 1.2E+00

Hình 1.5 Ảnh hưởng của Butene-2 đến độ chuyển hóa của C 3 H 8

0.0E+00 2.0E-01 4.0E-01 6.0E-01 8.0E-01 1.0E+00 1.2E+00

Hình 1.6 Ảnh hưởng của Butene-2 đến độ chuyển hóa của C 4 H 10

Từ hình I.25 và hình I.26, ta thấy rằng Butene-2 không ảnh hưởng hoặc ảnh hưởng rất ít đến khả năng cháy của hỗn hợp LPG xét ở từng nhiệt độ cháy khác nhau Do

đó, lượng nhiệt hữu ích cũng sẽ thay đổi không đáng kể khi tăng lượng Butene-2 lên So sánh nhiệt trị cháy của propane, butane và butene ở bảng I.11 thì có thể thấyrằng sự chênh lệch này chỉ ở vào khoảng vài phần trăm (< 3%)

Đối với các chế độ cháy thiếu hoặc thừa O2 và đối với các hỗn hợp LPG có thành phần C3-C4 khác thì xu hướng ảnh hưởng của Butene-2 cũng sẽ tương tự

Về mức độ phát thải, LPG được biết đến như một nhiên liệu sạch và thân thiện với môi trường Khi sử dụng LPG để đun nấu, lượng chất thải độc hại phát ra thấp hơn nhiều so với dùng than đá hoặc dầu lửa Tuy nhiên khi trong thành phần của nó nếu hàm lượng lưu huỳnh cao thì cần phải chú ý điều chỉnh, bởi khi cháy sẽ tạo SOx, một chất khí độc hại với sức khỏe con người, tiêu chuẩn về lưu huỳnh cần được giới hạn đến mức thấp nhất theo tiêu chuẩn quốc tế hiện hành Hàm lượng olefin trong LPG cao cũng có khả năng ảnh hưởng đến độ ổn định khi tồn chứa và khả năng tạo muội bám trên vòi đốt gây tắt nghẽn và giảm hiệu suất làm việc của vòi đốt Việc sửdụng các vòi đốt cải tiến có chất lượng cao giúp giảm thiểu phát thải NOx, CO, muội… cần được khuyến cáo rộng rãi đối với người tiêu dùng

1.2 Ảnh hưởng của thành phần hydrocacbon trong LPG đến các ứng dụng

1.2.1 Dân dụng và thương mại

LPG sử dụng cho mục đích dân dụng và thương mại hiện nay chủ yếu là đun nấu ởcác hộ gia đình, nhà hàng, khách sạn… Thiết bị chứa thường dùng là các bình LPG nhỏ, khối lượng 12kg-50kg, sử dụng kèm theo một thiết bị điều áp, giúp làm giảm

áp suất gas xuống áp suất đốt khi ra khỏi bình

LPG sử dụng ở các hộ tiêu thụ này được bay hơi tự nhiên từ bình chứa Khi thay đổi thành phần hydrocacbon theo chiều hướng tăng tỷ lệ C4/C3, tăng hàm lượng olefin

sẽ có ảnh hưởng đến quá trình sử dụng nhưng không rõ rệt do lượng sử dụng không lớn, thời gian sử dụng gián đoạn Một số hiện tượng có khả năng nhận biết được là: tăng thời gian đun nóng, có nhiều muội than hơn (làm đáy nồi mau đen hơn), ngọn lửa cháy vàng hơn …

1.2.2 Công nghiệp

LPG trong công nghiệp thường được dùng làm nhiên liệu cho các lò nung gốm sứ, gạch men, trong công nghiệp thủy tinh, luyện kim hoặc trong các lò đốt nồi hơi…Lượng tiêu thụ LPG trong công nghiệp là có qui mô lớn hơn so với các hộ tiêuthụ dân dụng Khi sử dụng với lưu lượng lớn, thường người ta cho hóa hơi LPG cưỡng bức để đáp ứng được công suất hoạt động của các lò đốt qui mô công nghiệp Các tính chất như thành phần các cấu tử, áp suất hơi bão hòa hay hàm lượng lưu huỳnh cũng sẽ ảnh hưởng đến việc sử dụng LPG công nghiệp

giống như mục đích dân dụng (phát thải khí độc hại, tạo muội ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và ô nhiễm môi trường, lưu lượng cấp nhiệt sẽ giảm nếu thiết bịhóa hơi không thích ứng kịp)

Thông thường, nhiên liệu đồng nhất sẽ cho sự cháy đồng bộ và hoàn toàn hơn với trường hợp có lẫn nhiều hợp chất không cùng loại Nghĩa là hỗn hợp paraffin sẽ cho hiệu suất nhiệt cao hơn với hỗn hợp paraffin và olefin Nếu nhiên liệu cháy không hoàn toàn, trong khói thải công nghiệp sẽ có chứa các olefin, olefin là các hợp chất không no, do đó, chúng có hoạt tính cao hơn đối với NOx trong việc tác dụng hình thành Ozone ở tầng dưới khí quyển, gây ra hiện tượng sương mù, không tốt cho sức khỏe Việc điều chỉnh tỷ lệ O2/nhiên liệu trong các lò đốt để đảm bảo hiệu suất thu nhiệt cao nhất và đốt cháy hoàn toàn là rất quan trọng và cần thiết

Một đặc tính liên quan đến olefin trong tồn chứa là độ ổn định oxi hóa Với qui mô công nghiệp, LPG thường được các nhà sản xuất tồn trữ trong các thiết bị có dung tích lớn, olefin có mặt trong nhiên liệu sẽ dễ xảy ra hiện tượng oxi hóa thành các aldehyde gây ăn mòn hoặc hiện tượng ngưng tụ hydrocarbon và tạo gum

1.2.3 Giao thông vận tải

LPG sử dụng trong giao thông vận tải chủ yếu dùng để thay xăng và dầu diesel nhằm mục đích giảm ô nhiễm môi trường do các động cơ xăng và diesel gây ra Việc mở rộng ứng dụng LPG cho giao thông vận tải tùy thuộc vào sự phát triển của công nghiệp ô tô và đặc biệt là tùy thuộc vào chính sách của từng quốc gia Cũng giống như sử dụng trong dân dụng và công nghiệp, LPG sử dụng trong giao thông

vận tải cũng thay đổi tùy theo điều kiện từng vùng, từng quốc gia Do đó ứng với mỗi quốc gia sẽ có một tiêu chuẩn riêng cho LPG sử dụng trong động cơ

Đặc tính quan trọng của LPG sử dụng trong giao thông vận tải là chỉ số octan

và chỉ số phát thải Ứng với mỗi cấu tử sẽ có một trị số octan khác nhau và đã có nhiều khảo sát sự thay đổi trị số octan theo thành phần các hydrocacbon trong nhiên liệu

Nguồn: The Dept Corporation

Đã có nhiều công trình nghiên cứu và thử nghiệm các hỗn hợp nhiên liệu LPG với tỷ lệ thành phần các cấu tử khác nhau Năm 2000, Tập đoàn Adept của California, Mỹ đã tiến hành thử nghiệm trong động cơ với các hỗn hợp nhiên liệu như bảng 5 và thu được kết quả các trị số RON và MON tương ứng trong bảng 6

Bảng 1.7 Thành phần một số hỗn hợp nhiên liệu khảo sát

Hỗn hợp 2 80,0 ± 1% 15,0 ± 5% 5,0 ± 5%

Hỗn hợp 3 80,0 ± 1% 10,0 ± 5% 10,0 ± 5%

Nguồn: The Dept Corporation

Bảng 1.8 Kết quả chỉ số chống kích nổ của các hỗn hợp nhiên liệu

(*) Chỉ số chống kích nổ được tính bằng trung bình của RON và MON

Nguồn: The Dept Corporation

Ngoài ra, sở môi trường ở New South Wales, Úc đã nghiên cứu sự phát thải của động cơ khi dùng hỗn hợp LPG với nhiều thành phần khác nhau Các hỗn hợp LPG được xét đến với tỷ lệ propane/butane khác nhau: 100/0; 70/30; 50/50 và 40/60 Nghiên cứu thực nghiệm này được tiến hành trên các động cơ xe V6 Holden Commodore và V8 Ford Fairlane Kết quả cho thấy lượng CO2 và CO phát thải ra giảm hẳn so với trường hợp dùng xăng, các hydrocarbon không cháy hết cũng được xác định là giảm trong thành phần khói thải Khi so sánh các hỗn hợp LPG với nhau, thành phần butane tăng lên trong nhiên liệu thì lượng hydrocarbon thải ra tăng, NOx giảm và CO tăng mạnh Nhóm nghiên cứu này cũng khuyến cáo rằng, hỗn hợp 50%propane-50%butane (theo khối lượng) là hỗn hợp chuẩn, và mức phát thải của hỗn hợp này có thể lấy làm tiêu chuẩn cho LPG nhiên liệu vận tải

Đối với LPG sản xuất từ nhà máy lọc dầu, hàm lượng olefin cao hơn so với LPG trích xuất từ khí thiên nhiên Do vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng của olefin đến quá trình sử dụng nhiên liệu LPG động cơ là cần thiết để từ đó đưa ra chỉ tiêu thích hợp cho các loại hydrocarbon không no có mặt trong LPG Hiệp hội khí hóa lỏng của Úc (ALPGA) đã thực hiện quá trình thử nghiệm trên 2 động cơ ôtô 6 xilanh dùng các hỗn hợp LPG với thành phần propylene và butylene 0 – 30% (với tổng hàm lượng C4s, cả butane và butylene là 0 – 60%) Kết luận của hiệp hội này là :

- Sự phát thải hydrocarbon tổng, CO và NOx của hỗn hợp LPG chứa olefin và

C4 ở khoảng giữa giá trị thực nghiệm là tương đương hoặc tốt hơn xăng

- Với các hỗn hợp LPG có chứa olefin thì mức độ đo về hiện tượng quang hóa

tạo sương mù (do phản ứng giữa các hydrocarbon trong khói thải và NOx) cao hơn so với xăng

- Mức phát thải CO2 của tất cả các hỗn hợp LPG thực nghiệm là cao hơn xăng

từ 7% - 10%

- Hỗn hợp 50% propane-50% butane (khối lượng) đáp ứng được các yêu cầu về

hiệu năng làm việc và mức phát thải ô nhiễm của động cơ Hỗn hợp này tiếp tục được khuyến cáo là hỗn hợp chuẩn cho động cơ

Thành phần hydrocarbon trong LPG cũng ảnh hưởng đến trị số octane của nhiên liệu, bảng I.15 so sánh MON của một số hỗn hợp LPG có thành phần khác nhau với các hỗn hợp chuẩn (Euro A, Euro B và hỗn hợp A2 có 50% propane – 50% butane khối lượng)

Bảng 1.9 Chỉ số MON của một số hỗn hợp LPG so sánh với các hỗn hợp chuẩn

A

Euro B

Blend A2

Blend B

Blend C

Blend CC

Blend D

Blend E

Blend F

Blend G

Blend H

Blend I

Blend J

Từ bảng so sánh ta thấy rằng, khi hàm lượng Butane hoặc Propane thấp thì MON của hỗn hợp giảm Propane và Butane là 2 cấu tử có MON cao, các olefin C3 và C4

có MON thấp hơn paraffin tương ứng nên khi có mặt chúng trong LPG cũng sẽ làm giảm đi chỉ số MON của nhiên liệu

1.3 Yêu cầu chất lượng LPG tại Việt Nam và một số quốc gia trên thế giới

1.3.1 Việt Nam

Ở Việt Nam, LPG chủ yếu được sử dụng làm nhiên liệu cung cấp nhiệt Ngoài ứng dụng làm nhiên liệu đốt, cung cấp nhiệt cho quá trình đun nấu trong dân dụng, trong công nghiệp thì LPG còn được sử dụng trong lĩnh vực giao thông vận tải, làm nhiên liệu thay thế xăng

Nguồn: PVPro, PVGas

Hình 1.7 Tình hình sử dụng LPG tại Việt Nam Bảng 1.10 Yêu cầu kỹ thuật đối với khí đốt hóa lỏng (TCVN 6548:1999)

pháp thử

Propan thương mại

Butan thương mại

Hỗn hợp butan, propan thương mại

Thành phần ASTM

D-2136

Chủ yếu là propan và/hoặc propen

Chủ yếu là butan và/hoặc buten

Hỗn hợp chủ yếu gồm butan và/hoặc buten với propan và/hoặc propen

Áp suất hơi ở

37,8 oC, kPa, max

ASTM

ASTM 2598Nhiệt độ bốc hơi

Trên thực tế, Việt Nam chưa quy định về hàm lượng olefin trong LPG Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng, tùy vào các ứng dụng cụ thể mà các khách hàng có thể có những yêu cầu riêng

Nguồn: WLPGA Statistical Review of Global LP Gas 2006

Hình 1.8 Tình hình sử dụng LPG tại Trung Quốc

Tiêu chuẩn LPG được thiết lập cho 2 loại, LPG sản xuất trong nước và LPG nhập khẩu Loại sản xuất trong nước thì tỷ lệ propane/butane là 10/90, thành phần các hydrocarbon nặng C5+ không vượt quá 3% thể tích Một số tính chất của LPG nội địa Trung Quốc như sau:

Áp suất hơi bão hòa ở 37,8oC (kPa) 1.380 (max)

Thành phần cặn sau bay hơi (%kl) 0,05 (max)

Hàm lượng lưu huỳnh tổng (mg/m3) 343

Đối với LPG nhập khẩu, Trung Quốc đã thiết lập tiêu chuẩn dựa theo tiêu chuẩn propane và butane thương mại của Saudi Aramco (công ty dầu khí quốc gia Ả Rập

Xê Út) Hỗn hợp LPG nhập khẩu có thành phần là 50% propane-50% butane ở miền nam và 70%propane-30%butane ở miền bắc Cụ thể đối với tiêu chuẩn propane nhập khẩu là phải có thành phần propane tối thiểu 95% thể tích, lượng butane cho

phép tối đa là 4% và hàm lượng olefin không vượt quá 0,1% Đối với butane nhập khẩu, thành phần n-butane là 68% thể tích, iso-butane 29%, propane tối đa 2% và olefin không vượt quá 0,1% thể tích

Bảng 1.11 Một số tính chất khác của LPG nhập khẩu vào Trung Quốc

Áp suất hơi bão hòa (100oF, kPa) Max 1380 Max 483

1.3.3 Nhật

Hiện tại, nguồn cung LPG nội địa của Nhật chỉ đáp ứng được khoảng 23% nhu cầu

và được bổ sung từ nguồn nhập khẩu Nguồn cung LPG của Nhật được cung cấp bởi 2 nguồn là sản xuất từ khí thiên nhiên và từ nhà máy lọc dầu với tỷ trọng tương ứng là 60% và 40%

Thành phần các hydrocacbon C3 và C4 trong hỗn hợp LPG thường thay đổi theo điều kiện thời tiết của từng vùng Thành phần propan trong hỗn hợp LPG thay đổi theo từng vùng ở Nhật thể hiện ở bảng sau:

Tiêu chuẩn chất chất lượng LPG cho các mục đích sử dụng khác nhau là khác nhau

ở Nhật Bản Tiêu chuẩn JSK được ban hành để quy định thành phần các hydrocacbon C3, C4 có trong LPG đối với các mục đích sử dụng như: làm chất đốt trong dân dụng, thương mại, công nghiệp hay làm nhiên liệu cho động cơ

Bảng 1.12 Tiêu chuẩn chất lượng LPG JIS K 2240

Loại

Thành phần, % mol

Lưu huỳnh% kl

Etylen

Propan + propylen

Butan + butylen Butadien

Nguồn: JIS K 2240:2207 (J-LPGAS/JSA) Liquified petroleum gases

Loại 1: sử dụng cho mục đích nhiên liệu dân dụng, thương mại

Loại 2: sử dụng cho mục đích công nghiệp và giao thông vận tải

Ở Nhật, nhu cầu LPG sử dụng cho dân dụng chiếm tỷ lệ lớn nhất với 52%, phục vụcho việc đun nấu hộ gia đình và các nhà hàng Công nghiệp là lĩnh vực tiêu thụ LPG nhiều thứ nhì sau lĩnh vực dân dụng với 38% Tỷ lệ LPG sử dụng trong giao thông vận tải chiếm tỷ lệ thấp nhất với 10% so với tổng nhu cầu LPG của toàn nước Nhật.

Nguồn: WLPGA Statistical Review of Global LP Gas 2006

1.3.4 Úc

Hàng năm, Úc sản xuất khoảng 3,3 triệu tấn LPG, trong đó 80% từ khí thiên nhiên

và 20% được sản xuất từ các nhà máy lọc dầu Úc đã có kế hoạch sản xuất LPG đến năm 2020 với sản lượng là khoảng 5 triệu tấn LPG sản xuất ở Úc ngoài việc tiêu thụ trong nước còn để phục vụ xuất khẩu, lượng LPG xuất khẩu chiếm đến 53% tổng lượng sản xuất Ngoài ra, Úc còn nhập khẩu thêm propane ở miền đông để sửdụng cho mục đích dân dụng

Năm 2006, nhu cầu LPG của Úc tập trung chủ yếu ở 2 lĩnh vực là dân dụng và giao thông vận tải Trong đó nhu cầu cho giao thông vận tải chiếm 61% và nhu cầu cho dân dụng là 39%

Nguồn: WLPGA Statistical Review of Global LP Gas 2006

Hình 1.10 Tình hình sử dụng LPG tại Úc

Thành phần hydrocacbon trong LPG sử dụng cho dân dụng chủ yếu là propan Trong khi đó, LPG cho giao thông vận tải có hàm lượng hydrocacbon C3 và C4 thay đổi Nhiên liệu LPG dùng cho các phương tiện vận tải có thành phần C3/C4

biến đổi từ 100% propane đến 60% butane, ở miền đông nước Úc, hỗn hợp LPG chứa khoảng 60-70% propane và 30-40% butane

1.3.5 Châu Âu

Ở châu Âu, 55% LPG được sản xuất từ khí thiên nhiên và 45% đến từ các nhà máy lọc dầu Tại thị trường châu Âu cũng có rất nhiều loại LPG với thành phần khác nhau, tuy nhiên chúng được qui định khắt khe về tiêu chuẩn phát thải khi sử dụng LPG được sử dụng nhiều nhất trong lĩnh vực dân dụng, tiếp đến là giao thông vận tải

Nguồn: WLPGA Statistical Review of Global LP Gas 2006

Hình 1.11 Tình hình sử dụng LPG tại Châu Âu

LPG sử dụng làm chất đốt thông thường hay làm nhiên liệu không giới hạn hàm lượng olefin trong nhiên liệu mà chỉ giới hạn hàm lượng hydrocarbon có cùng sốnguyên tử cacbon Tuy nhiên, một số chỉ tiêu khác như áp suất hơi bão hòa, MON của nhiên liệu sẽ gián tiếp giới hạn hàm lượng các thành phần hydrocarbon trong LPG

LPG được sử dụng rộng rãi ở châu Âu làm nhiên liệu cho phương tiện vận tải Hà Lan, Ý và Pháp là các nước đã thiết lập được cơ sở hạ tầng rất tốt cho mục đích sửdụng này, gồm các phương tiện đã chuyển đổi, các trạm phân phối nhiên liệu… Hiện tại, các loại phương tiện vận tải hạng nặng ở châu Âu sử dụng LPG có thành phần giống với nhiên liệu dùng cho loại xe vận tải hạng nhẹ Thành phần tối thiểu của propane phải là 50%, hầu hết các nước châu Âu cung cấp nhiên liệu LPG cho vận tải có lượng propane cao hơn 50% Không có qui định cụ thể hay chính xác vềthành phần các hợp chất có mặt trong LPG tại châu Âu, tuy nhiên có 4 loại được phân biệt dựa vào áp suất hơi bão hòa của hỗn hợp nhiên liệu Các cấp loại LPG được sử dụng thích hợp theo điều kiện thời tiết của từng vùng, từng mùa trong năm Một cách tổng quát, thị trường nhiên liệu châu Âu cung cấp LPG có thành phần propane từ 30% đến 95%, không có giá trị áp suất hơi bão hòa thấp nhất được qui

định, tuy nhiên mỗi nước thành viên có thế thiết lập giới hạn áp suất hơi bão hòa vào mùa hè nếu thấy cần thiết Trị số octane (MON) tối thiểu cho LPG làm nhiên liệu vận tải là 89

Bảng 1.13 Một số loại LPG dùng cho phương tiện vận tải ở châu Âu

Nguồn: The Environment and Heritage, Australia

So sánh các loại LPG ở châu Âu, thấy rằng ở các nước Bắc Âu (khí hậu lạnh hơn) thì thành phần propane cao hơn, điều này lý giải cho việc ảnh hưởng của nhiệt độmôi trường đến các chế độ hóa hơi, khởi động của nhiên liệu, cụ thể là tính chất hơi bão hòa (phụ thuộc vào thành phần LPG, propane tăng thì áp suất hơi bão hòa của LPG sẽ tăng) Ngoài thành phần C3/C4 ra thì các qui định về các tính chất khác như hàm lượng C1/C2 hay các hợp chất olefin, lưu huỳnh cũng được tiêu chuẩn hóa

Bảng 1.14 Tiêu chuẩn chất lượng LPG dùng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong ở châu Âu - EN 589

Định nghĩa

Khí dầu mỏ tồn tại ở dạng ở áp suất cao và nhiệt độ môi trường

Thành phần chính là propane và butane với một lượng nhỏ

propene, butene và pentane/penteneHàm lượng nước Không chứa nước tự do và nước

phân tán có thể nhìn thấy được EN ISO 13758Mùi

Nhận biết được khi nồng độtrong không khí ở 20% giới hạn cháy nổ dưới

Áp suất hơi tuyệt

Nhiệt độ tối thiểu

để có áp suất hơi

tuyệt đối là 250 kPa

- 10oC từ 1/11 – 15/3 ISO 4256

Nguồn: British Standard, BS EN 589:2004

Nhìn chung, trên thế giới, LPG sử dụng cho mục đích dân dụng và công nghiệp không có giới hạn về hàm lượng olefin vì olefin không ảnh hưởng nhiều đến nhiệt trị của hỗn hợp Mặt khác, olefin là cấu tử quý của công nghiệp hóa dầu nên sẽ được tận dụng làm nguyên liệu cho các tổ hợp tích hợp trong các nhà máy lọc dầu Ở Việt Nam, LPG từ Nhà máy lọc dầu mới bắt đầu được thương mại hóa từ đầu năm 2010

và những ảnh hưởng của nó đến tiêu thụ tại điều kiện Việt Nam vẫn chưa được xác định Bên cạnh đó, việc nghiên cứu hướng tận dụng nguồn olefin từ dòng C4 hỗn hợp của Nhà máy lọc dầu là cần thiết nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế cho Nhà máy lọc dầu

CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM

2.1 Phân tích mẫu LPG (Theo phương pháp phân tích ASTM D-2163)

 Phạm vi:

- Xác định thành phần của khí dầu mỏ hóa lỏng

- Phân tích thành phần propan, propen, butan trong khoảng nồng độ từ 0,1% trởlên

 Chuẩn bị thí nghiệm

 Kiểm tra điều kiện an toàn

- Trước khi tiến hành phân tích, cần kiểm tra các điều kiện về nhiệt độ, ánh sáng,

độ ẩm của môi trường xung quanh khu vực phân tích nhằm đảm bảo không xảy ra sự cố về an toàn

- Trang bị đầy đủ đồ dùng bảo hộ lao động cho người tiến hành phân tích

 Tiến hành thí nghiệm

Hình 2.1 Hệ thống phân tích LPG (Máy GC-Agilent 6890)

 Khai báo thông tin

- Mở phần mềm phân tích bằng cách kích đôi vào biểu tượng “ Instrument 1online” trên màn hình

- Kích vào thanh “ Method and run control”

- Mở phương pháp cần phân tích bằng cách kích chọn File/ Load/ Method trên thanh công cụ Chọn phương pháp LPG-6890.M

- Trong phương pháp LPG-6890.M: các thông số đã được thiết lập sẵn cho quá trình phân tích mẫu như quá trình tăng nhiệt cho lò, cột, thời điểm chuyển van…

- Kích vào RunControl/ Sample info để khai báo thông tin cần thiết: tên người phân tích (Operator name), tên thư mục lưu kết quả (Subdirectory), tên file cần lưu (Signal), tên mẫu phân tích (Sample name) Kích chọn Prefix/Counter Chọn <OK>

 Kiểm tra cách nạp mẫu

- Trên thanh công cụ, chọn “Instrument”>“Select injection source Cửa sổ “Select Injection Source/Location” sẽ xuất hiện

- Nối van phía dưới của bom LPG vào cổng “Liquid sample in”

- Mở từ từ van của bom LPG (ngược chiều kim đồng hồ) Thổi sạch hệ thống trong khoảng 1 phút

- Kiểm tra bọt khí ở đường ống bên ngoài máy, điều khiển van của bom LPG sao cho bọt khí ra từ từ, để trong khoảng 2 phút, nhấn nút “START” trên máy GC

để bơm mẫu, tiến hành phân tích

- Đóng van lấy mẫu trên bom LPG lại

 Xử lý và báo cáo kết quả

- Xử lý kết quả

 Kích đôi vào biểu tượng “Instrument 1 offline” trên màn hình máy tính

 Kích vào thanh “Data Analysis”

 Ở mục “Data”, chọn thư mục cần mở, rồi kích đôi vào tên file cần mở Sắc

ký đồ của quá trình phân tích cùng với bảng Calibration sẽ được mở ra

 Nhận diện lại píc bằng cách thay đổi “RT” tương ứng trong bảng calibration

 Kích chọn Report/ Specified Report, ở mục Calculate chọn Norm%

 Chọn Report/ Print report để xuất báo cáo ra màn hình

 Chọn File/ Print/ Report hoặc shortcut “Print” để in kết quả

- Ghi chép và báo cáo kết quả

 Thu dọn và làm vệ sinh

 Sau khi phân tích, nhận thấy kết quả đạt được độ tin cậy có thể báo cáo Hoàn tất quá trình thí nghiệm và tiến hành thu dọn, sắp xếp gọn gàng các chai lọ hóa