CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ LPG 1. KHÁI NIỆM VÀ THÀNH PHẦN CỦA LPG LPG là cụm từ viết tắt của Liquefied Petroleum Gas, tức là khí dầu mỏ hóa lỏng, thu được từ các quá trình chế biến dầu mỏ hay quá trình xử lý khí tự nhiên và khí đồng hành. Thành phần hóa học của LPG là Propan và Butan. Ngoài ra còn có chứa các thành phần phụ là Propylen và Butylen.
Ngoài ra còn có chất tạo mùi etyl mecaptan ( R – SH ) với tỷ lệ pha trộn nhất định để khi khí rò rỉ có thể nhận biết được bằng khứu giác. LPG tồn chứa trong các loại bình áp lực khác nhau và được tồn chứa ở trạng thái bão hoà tức là tồn tại ở dạng hơi nên với thành phần không đổi, áp suất bão hoà trong bình chứa không phụ thuộc vào lượng LPG bên trong mà hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài. Chất lỏng nằm dưới phần đáy và hơi nằm trên cùng của bình chứa, nghĩa là khoảng trên mức chất lỏng. Thông thường các loại bình chứa chỉ chứa khí lỏng tối đa khoảng 80 ÷ 95 % thể tích bình, thể tích còn lại dành cho phần hơi có thể giãn nở khi nhiệt độ tăng.
MỘT SỐ TÍNH CHẤT HÓA LÝ ĐẶC TRƯNG CỦA LPG Nhìn chung, sản phẩm LPG thương mại tại Việt Nam phải tuân theo các tiêu chuẩn về chất lượng và kỹ thuật do Tổng cực tiêu chuẩn đo lường chất lượng VN quy định (TCVN 6548 – 1999).1:Yêu cầu kỹ thuật đối với khí đốt hóa lỏng Đặc tính Phương pháp thử Propane Butane Hỗn hợp thương mại thương propane và mại butane thương mại Hóa Dầu Khoa Hóa Học và Công nghệ thực phẩm Trang 1 Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa – 2008-2012 Trường ĐHBRVT Thành phần ASTM D-2163 Chủ yếu là Chủ yếu Hỗn hợp chủ propane là butane yếu gồm butane với propane. Áp suất hơi ở ASTM D-1267 1430 485 1430 37,8oC, kPa, max hoặc ASTM D- 2598 Nhiệt độ bốc hơi ASTM D1837 -38.2 0 95% thể tích, C, max. Butan và các chất ASTM D-2163 2.5 - - nặng hơn, %mol, max. Pentan va các chất ASTM D-2163 - 2.0 nặng hơn, % mol, max.
Hydrocarbon không ISO 7941 bão hòa % (mol) Thành phần cặn sau ASTM D-2158-89 0.05 khí bốc hơi 100ml, max Độ ăn mòn lá đồng, ASTM D-1838-89 Số 1 Số 1 Số 1 max Hàm lượng lưu ASTM D-2784-89 185 140 140 huỳnh mg/kg, max Hydro Sulphur ASTM D-2420-91 Đạt Đạt Đạt Hàm lượng nước tự - Không có Không có Không có do Hóa Dầu Khoa Hóa Học và Công nghệ thực phẩm Trang 2 Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa – 2008-2012 Trường ĐHBRVT 1. Hệ số giãn nở Hệ số giãn nở khối của LPG là lượng thể tích tăng lên khi nhiệt độ của vật chất tăng lên 10C. Sự giãn nở nhiệt của LPG rất lớn ( gấp 15 ÷ 20 lần so với nước và lớn hơn rất nhiều so với các sản phẩm dầu mỏ khác). Do đó các bồn chứa, bình chứa LPG chỉ được chứa đến 80÷ 85 % dung tích toàn phần để có không gian cho LPG lỏng giãn nở khi nhiệt độ tăng lên.
Do hệ số giãn nở của LPG lớn nên đòi hỏi: * Phải giữ khoảng trống phù hợp trong các bồn chứa, bình chứa; lắp đặt các van an toàn cho bồn chứa, các ống dẫn. * Đo một cách chính xác nhiệt độ sản phẩm trong kho chứa chứa để khi vận chuyển thì điều khiển được mức dự trữ, hao hụt như quy định. Nhu cầu không khí khi đốt cháy Khi đốt cháy hoàn toàn một thể tích LPG đòi hỏi không khí lớn gấp 23 lần đối với Propan và gấp 33 lần đối với Butan. Đồng thời phản ứng sinh ra lượng CO2 gấp từ 3 – 4 lần thể tích khí đốt.
Điều này rất quan trọng vì để lường trước được khả năng thiếu oxy bão hoà CO2 đột ngột trước khi đốt LPG trong không gian khí. Ẩn nhiệt bay hơi Ẩn nhiệt của chất lỏng là lượng nhiệt cần hấp thụ để bay hơi hoàn toàn một đơn vị khối lượng chất lỏng đó. Điều này đúng với cả khí hoá lỏng và đúng với cả nước, nếu không có nhiệt cung cấp bên ngoài thì chất lỏng không bay hơi được. Khi chất lỏng lạnh dần xuống thì sự bay hơi có thể chậm lại hay dừng hẳn.
Như vậy LPG lỏng đựng trong bình kín có một lượng khí thoát ra từ bình chứa tương ứng với lượng hơi được tạo ra do sự cung cấp nhiệt ở điều kiện áp suất khí quyển. Tỷ trọng Tỷ trọng thể lỏng : ở điều kiện 150C, 760mmHg ,tỷ trọng của Propan là 0,51 ; còn Butan là 0,575. Propan và Butan nhẹ hơn nước nên nó nổi lên trên mặt nước. Tỷ trọng thể hơi : ở điều kiện 150C, 760mmHg, tỷ trọng của Propan hơi bằng 1,52 và Butan hơi bằng 2,01.
Như vậy ở thể hơi, tỷ trọng của LPG gấp gần 2 lần tỷ trọng của không khí. Hóa Dầu Khoa Hóa Học và Công nghệ thực phẩm Trang 3 Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa – 2008-2012 Trường ĐHBRVT Như vậy khi LPG rò rỉ, khí thoát ra nặng hơn so với không khí sẽ lan truyền dưới mặt đất ở nơi trũng như rãnh nước, hố gas. Để đảm bảo an toàn khi có rò rỉ cần tạo điều kiện thông thoáng phần dưới không gian sử dụng hoặc chứa LPG. Áp suất hơi bão hòa LPG có áp suất hơi bão hoà cao hơn áp suất khí quyển, nên ở điều kiện bình thường ( nhiệt độ và áp suất khí quyển ) LPG tồn tại ở dạng hơi.
Trong điều kiện nhất định về nhiệt độ và áp suất, LPG sẽ chuyển sang dạng lỏng và có thể tích nhỏ hơn rất nhiều lần so với dạng hơi, điều này thuận lợi cho việc vận chuyển và tàng trữ. LPG chứa trong bình kín có thể làm tăng áp suất của bình do tính chất dễ bay hơi của nó. Nhiệt độ môi trường quá thấp có thể làm giảm áp suất hơi dưới mức áp suất khí quyển. Áp suất hơi bão hòa của LPG phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài của thiết bị và tỷ lệ thành phần Butan/ Propan.
LPG với thành phần 70% Butan và 30% Propan có áp suất hơi bão hòa là 6 kg/cm2. Cùng điều kiện nhiệt độ, khi thay đổi thành phần hỗn hợp , áp suất hơi bão hòa cũng thay đổi. Giới hạn cháy nổ Hỗn hợp hơi nhiên liệu với không khí có thể cháy nổ khi gặp lửa. Hỗn hợp chỉ cháy nổ khi nó nằm trong một giới hạn nào đó về nhiệt độ, áp suất và thành phần.
Vùng cháy nổ có giới hạn trên và giới hạn dưới về nồng độ. Giới hạn dưới ứng với nồng độ nhiên liệu tối thiểu trong hỗn hợp mà ở đó hỗn hợp cháy khi gặp lửa. Giới hạn trên ứng với nồng độ cực đại của nhiên liệu để nhiên liệu cháy khi gặp lửa. Nếu quá giới hạn trên hỗn hợp không cháy nổ vì thiếu oxy, còn thấp hơn giới hạn dưới hỗn hợp quá nghèo nhiên liệu phản ứng cháy không xảy ra được.
Giới hạn cháy nổ được thể hiện ở bảng sau : Bảng 1.2 : Giới hạn cháy nổ Thành phần Giới hạn dưới(% thể tích) Giới hạn trên (%thể tích) Proban thương phẩm 2,2 10,0 Butan thương phẩm 1,8 9,0 Khí metan 5,0 40,0 Hóa Dầu Khoa Hóa Học và Công nghệ thực phẩm Trang 4 Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa – 2008-2012 Trường ĐHBRVT Khí thiên nhiên 5,0 15,0 Đối với LPG để đốt cháy và phát nổ nếu được trộn lẫn với không khí theo tỷ lệ LPG/ không khí : 5 – 15 % tương đương với LPG/ Oxy là 0,25 – 0,75. Nhiệt độ cháy Hỗn hợp LPG/ trên không khí cháy sinh ra một lượng nhiệt rất lớn và tương đối sạch không để lại tạp chất.3 : Nhiệt cháy và nhiệt trị của LPG Nhiệt độ cháy lớn Nhiệt trị LPG (kcal/kg) Sản phẩm nhất của LPG/ Lớn nhất Nhỏ nhất không khí C3H8 1967 220000 11000 C3H6 2050 C4H10 1973 11800 10900 C4H8 2033 1. Nhiệt độ tự bắt cháy Nhiệt độ tự bắt cháy là nhiệt độ mà tại đó phản ứng cháy tự xảy ra đối với hỗn hợp không khí, nhiên liệu (hoặc oxy/ nhiên liệu). Nhiệt độ bắt cháy tối thiểu phụ thuộc vào thiết bị thử, tỷ lệ không khí/ nhiên liệu, áp suất hỗn hợp.4 : Nhiệt độ tự bắt cháy của một số loại nhiên liệu tại áp suất khí quyển Số thứ tự Nhiên liệu Nhiệt độ cháy tối thiểu ( 0C ) Trong không khí Trong oxi O2 1 Proban 400 - 580 470 - 575 2 Butan 410 - 550 280 - 550 3 Acetylen 305 - 500 295 - 440 4 Hydro 550 - 590 560 5 Dầu DO 250 - 340 >240 6 Xăng 280 - 430 >240 7 Dầu hỏa >250 >240 Hóa Dầu Khoa Hóa Học và Công nghệ thực phẩm Trang 5 Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa – 2008-2012 Trường ĐHBRVT 8 Metan 630 - 750 1.
ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TÍNH CHẤT ĐẾN VIỆC TÀNG TRỮ VÀ VẬN CHUYỂN LPG Propan và Butan là khí ở điều kiện thông thường, được nén thành trạng thái lỏng để vận chuyển và dự trữ. Sự giãn nở nhiệt của LPG lỏng rất lớn (lớn gấp 15 – 20 lần so với nước và lớn hơn rất nhiều so với các sản phẩm dầu mỏ khác). Do đó các bình chứa, bồn chứa LPG chỉ được chứa đến 80 – 85% dung tích toàn phần để có không gian cho LPG lỏng giãn nở khi nhiệt độ tăng. Khí hóa lỏng LPG luôn luôn sôi ở nhiệt độ bình thường.
Nếu giảm áp suất hoặc tăng nhiệt độ đều làm cho LPG sôi và tạo hơi. Propan và Butan đều có nhiệt độ điểm sôi thấp (đối với Butan là 00C còn đối với Propan là -450C). Nhiệt độ này đặc biệt quan trọng trong việc lựa chọn vật liệu chế tạo bồn chứa và trong việc thiết lập đập chống lan chất lỏng khi xảy ra sự cố. Khi tồn tại ở trạng thái lỏng thì tỉ trọng của LPG chỉ bằng 1/2 so với tỉ trọng của nước.
Khi LPG thoát ra ngoài môi trường ở dạng hơi thì chúng nặng hơn không khí, vì vậy chúng không bay hơi lên cao mà ở rất thấp gần mặt đất và khả năng khuyết tán chậm hơn các khí nhẹ hơn. Tính chất này đặc biệt quan trọng trong phòng chống cháy nổ, kiểm soát sự rò rỉ khí ra ngoài. LPG tinh khiết không gây ăn mòn đối với thép và các hợp kim của đồng. Tuy nhiên khi có hợp chất bẩn khác trong thành phần sẽ gây ăn mòn lớn.
LPG không màu, không mùi nên để kiểm tra phát hiện rò rỉ ra môi trường ngoài phải thêm chất tạo mùi cho LPG. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT LPG 1. Nguyên liệu sản xuất LPG LPG được sản xuất từ 2 nguồn nguyên liệu : Từ khí tự nhiên và khí đồng hành.