Như các bạn đã biết khí Gas [ LPG ] Là một loại nhiện liệu sạch cho môi trường. Nhưng để quản lý và sử dụng gas với lưu lượng sử dụng nhiều người ta cần xây dựng một hệ thống gas công nghiệp. Với hệ thống bồn chứa, hay sử dụng các bình công nghiệp. Nhưng với những hệ thống gas và các phụ tải tiêu thụ với lượng gas lớn. Việc bố trí các bình gas hóa hơi tự nhiên là phương án sẽ không được tối ưu. Vậy phương pháp sử dụng gas rút lỏng là phương án sẽ được chọn để thay thế.
Sau đây là toàn bộ tài liệu cần biết về gas :
Khí dầu mỏ hóa lỏng, tên viết tắt là LPG [Liquefied Petroleum Gas], là hỗn hợp hyđrocácbon gồm chủ yếu là butan [C4H10] và propan [C3H8]. Thành phần hỗn hợp trên chiếm ít nhất 95% khối lượng. Khí dầu mỏ hóa lỏng [LPG] được gọi là khí đốt hóa lỏng [LPG] trong các tiêu chuẩn Việt nam ban hành trước năm 2004.
LPG là nhiên liệu được sử dụng trong dân dụng, thương mại, công nghiệp, và nông nghiệp. LPG còn là một nhiên liệu lý tưởng thay thế xăng cho động cơ đốt trong vì trị số octan cao, giá thành hợp lý, không ô nhiễm môi trường.
LPG được khai thác và sản xuất từ hai công nghệ chính như sau:
- Khi dầu thô được hút lên từ giếng dầu, sự giảm áp suất ở áp suất khí quyển làm cho các thành phần hydrocacbon nhẹ tách khỏi pha lỏng của dầu thô chuyển thành pha khí [khí đồng hành], trong đó có butan và propan. Sau đó, propan và butan được tách riêng trong nhà máy tách khí.
- Butan và propan cũng như các khí hydrocacbon khác, là các sản phẩm trong quá trình chế biến lọc – hóa dầu và cũng được tách riêng ra từng loại trong nhà máy tách khí.
II. Đặc tính kỹ thuật của gas LPG
1.Thành phần
LPG là sản phẩm thu dược từ quá trình chế biến dầu, bao gồm hỗn hợp các loại hydrocacbon khác nhau. Thành phần hóa học chủ yếu của LPG là hydrocacbon dạng parafin chủ yếu là butan [C4H10] và propan [C3H8] ngoài ra còn có Propylene [C3H6], Butylene [C4H8]…
2.Tính chất hóa lý của LPG
ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thường LPG tồn tại ở trạng thái hơi. Do LPG có tỷ số dãn nở lớn như: 1 đơn vị thể tích gas lỏng dãn nở thành 250 đơn vị thể tích gas hơi. Vì vậy, để tiện lợi trong quá trình tồn chứa và vận chuyển, LPG được hóa lỏng bằng cách nén vào các bình chứa chịu áp lực ở nhiệt độ bình thường hoặc được làm lạnh hóa lỏng để tồn chứa ở điều kiện áp suất thấp.
Đặc trưng lớn nhất của LPG là được tồn chứa ở trạng thái bão hòa, tức là tồn tại ở cả dạng lỏng và dạng hơi nên với thành phần không đổi [Ví dụ: 70% Butane và 30% propane] áp suất bão hòa trong bình chứa không phụ thuộc vào lượng LPG có trong bình, mà hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài.
Khi chuyển từ pha lỏng sang pha hơi, LPG thu nhiệt. Năng lượng cần thiết này lấy từ bản thân LPG và môi trường xung quanh làm nhiệt độ của LPG và bình chứa giảm. Đặc biệt, khi rò rỉ, LPG hóa hơi dữ dội do giảm áp đột ngột xuống áp suất khí quyển, LPG sẽ làm lạnh không khí, bình chứa, gây nên hiện tượng tạo tuyết hoặc sương mù do ngưng hơi ẩm không khí. Điều này giúp phát hiện chổ rò rỉ gas lỏng và để đo mức bồn [Chú ý: tránh bỏng lạnh].
XEM THÊM: KHÍ GAS CÔNG NGHIỆP LPG CÓ ĐỘC KHÔNG ?
ở áp suất khí quyển, Butane sôi ở –0,5oC và Propane sôi ở –42oC. Chính vì vậy, ở nhiệt độ và áp suất bình thường LPG bay hơi dữ dội.
-Tỷ trọng thể lỏng: ở điều kiện 15oC, tỷ trọng của Butane lỏng bằng 0,575 và tỷ trọng của Propane lỏng bằng 0,510. Như vậy, tỷ trọng của LPG ở thể lỏng xấp xỉ bằng một nửa tỷ trọng của nước.
-Tỷ trọng thể hơi: ở điều kiện 15oC, 760 mmHg, tỷ trọng của Butane hơi bằng 2,01 và Propane hơi bằng 1,52. Như vậy, ở thể hơi tỷ trọng của LPG gần gấp 2 lần tỷ trọng của không khí.
Vì vậy, nếu thoát ra ngoài, hơi gas sẽ lan truyền dưới mặt đất ở nơi trũng như: rãnh nước, hố gas…tuy nhiên hơi gas cũng phân tán ngay khi có gió.
Mối tương quan giữa nhiệt độ và áp suất hơi bão hòa của sản phẩm Propane, Butane thương mại và một số sản phẩm khác được giới thiệu tại Hình 1. áp suất hơi bão hòa của LPG phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài của thiết bị và tỷ lệ thành phần Butane/Propane. ở cùng điều kiện nhiệt độ, khi thay đổi thành phần hỗn hợp áp suất hơi bão hòa cũng thay đổi. Với điều kiện khí hậu tại Việt nam áp suất hơi bão hoà LPG nằm trong khoảng 3 – 8 kg/cm2
Sự dãn nở nhiệt của LPG lỏng khi nhiệt độ tăng gấp 15 – 20 lần so với nước và lớn hơn rất nhiều so với các sản phẩm dầu mỏ khác. Do đó, các bồn, bình chứa LPG chỉ được chứa đến 80% – 85% dung tích toàn phần để có không gian cho LPG lỏng dãn nở do nhiệt.
Khi chuyển sang pha hơi, một đơn vị thể tích LPG lỏng tạo ra 250 lần đơn vị thể tích hơi gas. Điều này mang một ý nghĩa kinh tế rất lớn so với các loại khí nén khác vì chỉ cần rất ít không gian, nghĩa là thiết bị công nghệ nhỏ cho tồn chứa, vận chuyển.
Giới hạn cháy nổ hơi gas trong hỗn hợp gas/không khí là phần trăm về thể tích để hỗ hợp có khả năng cháy và nổ. Giới hạn cháy nổ của hơi gas trong không khí hẹp, từ 1,8% [LEL] đến 10% [UEL]. Chính vì vậy, an toàn cháy nổ của LPG cao hơn rất nhiều so với nhiên liệu khác.
Giới hạn cháy của hỗn hợp trong không khí/gas được trình bày tại Bảng 1. Do giới hạn cháy của parafin và olefin như nhau, những giá trị được đề cập đến chỉ dùng cho sản phẩm thương mại đặc trưng. Giá trị giới hạn cháy của một số loại nhiên liệu khác cũng được giới thiệu để so sánh.
XEM THÊM: Ứng dụng của khí gas công nghiệp vào cuộc sống
Bảng 1 – Giới hạn cháy của LPG trong hỗn hợp không khí-gas
| TT | Nhiên liệu | Giới hạn cháy dưới [% thể tích] | Giới hạn cháy trên [% thể tích] |
| 1 | Propane | 2,2 | 10,0 |
| 2 | Butane | 1,8 | 9,0 |
| 3 | Khí than | 4,0 | 29,0 |
| 4 | Khí than ướt | 5,0 | 46,0 |
| 5 | Hydro | 4,0 | 75,0 |
| 6 | Acetylene | 2,5 | 80,0 |
| 7 | Xăng | 0,5 | 7,0 |
Nhiệt trị của LPG so với một số loại nhiên liệu, năng lượng khác được trình bày ở Bảng 2.
Bảng 2 – Nhiệt trị của LPG và một số loại nhiên liệu, năng lượng
| TT | Nhiên liệu, năng lượng | Nhiệt lượng có ích [Kcal/kg] | Nhiệt lượng toàn phần [Kcal/kg] |
| 1 | Propane | 11 000 | 11 900 |
| 2 | Butane | 10 900 | 11 800 |
| 3 | Acetylene | 11 530 | 11 950 |
| 4 | Hydrogen | 28 800 | 34 000 |
| 5 | Dầu FO | 9 880 | 10 500 |
| 6 | Dầu DO | 10 250 | 10 900 |
| 7 | Dầu hỏa | 10 400 | 11 100 |
| 8 | Xăng | 10 500 | 11 300 |
| 9 | Than củi | 7 900 | 8 050 |
| 10 | Than | 4 200 8 100 | 4 400 8 300 |
| 11 | Than cốc | 5 800 | 5 850 |
| 12 | Củi | 1 800 | 2 200 |
| 13 | Điện | 860 Kcal/KW.h |
Trong đó:
-Nhiệt lượng toàn phần: Tổng nhiệt lượng sinh ra trong quá trình cháy hoàn toàn
-Nhiệt lượng có ích = Nhiệt lượng toàn phần – Nhiệt lượng phải cung cấp để hóa hơi sản phẩm phụ của phản ứng cháy [nước]
Có thể so sánh một cách tương đối: nhiệt lượng do 1 kg LPG cung cấp bằng 14KWh điện năng, bằng 1,5 lít dầu hỏa.
Nhiệt độ tự bắt cháy là nhiệt độ mà ở đó phản ứng cháy tự xảy ra đối với hỗn hợp không khí – nhiên liệu [hoặc oxygen – nhiên liệu]. Nhiệt độ bắt cháy tối thiểu phụ thuộc vào thiết bị thử, tỷ lệ không khí/nhiên liệu, áp suất hỗn hợp. Một số giá trị đặc trưng nhiệt độ tự bắt cháy của một số nhiên liệu tại áp suất khí quyển [trong không khí hoặc ôxy] được trình bày ở Bảng 3.
XEM THÊM: Lợi ích của việc sử dụng bếp gas công nghiệp
Bảng 3 – Nhiệt độ bắt cháy của một số loại nhiên liệu tại áp suất khí quyển
| TT | Nhiên liệu | Nhiệt độ cháy tối thiểu [Co] | |
| Trong không khí | Trong ôxy [O2] | ||
| 1 | Propane | 400 – 580 | 470 – 575 |
| 2 | Butane | 410 – 550 | 280 – 550 |
| 3 | Acetylene | 395 – 500 | 295 – 440 |
| 4 | Hydro | 550 – 590 | 560 |
| 5 | Dầu DO | 250 – 340 | > 240 |
| 6 | Xăng | 280 – 430 | > 240 |
| 7 | Dầu hỏa | > 250 | > 240 |
| 8 | Than | 370 – 500 | > 240 |
| 9 | Than cốc | 425 – 650 | > 240 |
| 10 | Metan | 630 – 750 | > 240 |
- Nhiệt độ và vận tốc ngọn lửa
- Nhiệt độ ngọn lửa
Nhiệt độ ngọn lửa của nhiên liệu cháy trong không khí hoặc ôxy được xác định bằng phương pháp đo hoặc tính toán. Nhiệt độ ngọn lửa của LPG và một số loại nhiên liệu khác được trình bày ở Bảng 4.
Bảng 4 – Nhiệt độ ngọn lửa của một số loại nhiên liệu
| TT | Nhiên liệu | Nhiệt độ ngọn lửa tối đa [oC] | |||
| Trong không khí | Trong ôxy | ||||
| Tính toán | Đo | Tính toán | Đo | ||
| 1 | Propane | 2 000 | 1 931 | 2 850 | 2 740 |
| 2 | Butane | 2 000 | 1 900 | 2 850 | |
| 3 | Acetylene | 2 325 | 3 200 | 3 150 | |
| 4 | Hydro | 1 960 | 2 045 | 2 980 | 2 660 |
| 5 | Metan | 1 990 | 1 925 | 2 800 | 2 720 |
Vận tốc ngọn lửa [hoặc tốc độ bắt cháy] phụ thuộc vào phương pháp đo và các điều kiện thử. Bảng 5 giới thiệu một số vận tốc ngọn lửa tối đa của hỗn hợp không khí – nhiên liệu ở áp suất và nhiệt độ khí quyển trong ống dẫn có đường kính khác nhau. Từ Bảng này cho thấy, vận tốc ngọn lửa trong ống thử đường kính 2,54 cm của hơi LPG là 82,2 cm/s, của Acetylene là 286 cm/s.
Bảng 5 – Vận tốc ngọn lửa của một số loại nhiên liệu
| TT | Nhiên liệu | Đường kính ống thử [cm] | Vận tốc ngọn lửa tối đa [cm/s] |
| 1 | Propane | 1,27 2,54 30,4 | 44,0 82,2 216 |
| 2 | N – Butane | 2,54 30,48 | 82,2 210 |
| 3 | Acetylene | 2,54 8,89 | 286 342 |
Trị số Octan của LPG rất cao. Trị số Octan của Propane và Butane theo tiêu chuẩn ASTM được trình bày ở Bảng 6.
Bảng 6 – Trị số Octan của Propane và Butane
| Thành phần LPG | Trị số Octan ASTM | |
| Phương pháp động cơ D-357 | Phương pháp nghiên cứu D-908 | |
| Propane | 99,5 | 111,4 |
| Butane | 89,1 | 94,0 |
2.11 Độ nhớt
LPG có độ nhớt rất thấp, ở 20oC độ nhớt của LPG là 0,3 cSt [Centi Stock]. Chính vì vậy, LPG có tính linh động cao, có thể rò rỉ, thẩm tháu ở những nơi mà nước, xăng dầu không rò rỉ nên dễ làm hỏng dầu mỡ bôi trơn tại các vị trí làm kín không tốt.
LPG hoàn toàn không gây độc hại cho người, không gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, do hơi gas nặng hơn không khí, nếu hơi gas rò rỉ trong môi trường kín sẽ chiếm chỗ của không khí và có thể gây ngạt. LPG còn là nhiên liệu rất sạch, hàm lượng lưu huỳnh thấp [ < 0,02%], khi cháy chỉ tạo ra khí cácbonic [CO2] và hơi nước, lượng khí độc [SO2, H2S2, CO] của quá trình cháy rất nhỏ, không gây ảnh hưởng đến môi trường.
XEM THÊM: THẾ NÀO LÀ MỘT HỆ THỐNG GAS CÔNG NGHIỆP
LPG ở thể lỏng và hơi không màu, không mùi. LPG được sử dụng phần lớn cho mục đích thương mại, vì lý do an toàn, LPG cần phải pha thêm chất tạo mùi để dễ phát hiện khi có rò rỉ. Phần lớn các tiêu chuẩn an toàn đều qui định chất tạo mùi phải được pha chế với nồng độ thích hợp sao cho có thể phát hiện được trước khi hơi gas rò rỉ đạt nồng độ 1/5 giới hạn cháy nổ dưới [LEL].
LPG thương mại thông thường được pha thêm chất tạo mùi Etylmecaptan và khí này có mùi đặc trưng, hòa tan tốt trong LPG, không độc, không ăn mòn kim loại và tốc độ bay hơi gần LPG nên nồng độ chất tạo mùi trong LPG không đổi trong quá trình sử dụng bình gas.
LPG không màu ở cả pha lỏng và pha hơi. Khi xảy ra rò rỉ hoặc chất lỏng, hoặc hơi, không khí xung quanh phải được làm lạnh và nồng độ hơi nước có thể tập trung lại, tạo thành màu trắng xung quanh khu vực xảy ra rò rỉ.
Tài liệu trích nguồn.