tiểu luận khí hóa than

tiểu luận khí hóa than

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

Lý do chọn đề tài 3

Ý nghĩa thực tiễn 5

CHƯƠNG I 5

TỔNG QUAN VỀ HÓA KHÍ THAN 5

1.1 Lịch sử phát triển của ngành khí hóa than 5

1.1.1.Khí hoá than trên thế giới 5

1.1.2 Hiện trạng sử dụng công nghệ hóa khí than của một số quốc gia trên thế giới 9

1.1.2.1 Khí hóa than ở Trung Quốc 9

1.2 Hóa khí than tại Việt Nam 13

1.2.1 Tình hình nhiên liệu sử dụng tại Việt Nam 13

1.3 Các vấn đề môi trường liên quan đến than và tầm quan trọng của hóa 16

khí than 16

1.3.1 Các vấn đề môi trường liên quan đến than 16

1.3.2 Tầm quan trọng của hóa khí than 17

1.3.2.1 Về mặt lợi ích kinh tế 17

CHƯƠNG II 22

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH 22

HÓA KHÍ THAN 22

2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình khí hóa than 22

2.1.2.3.2 Các phương pháp sản xuất và ứng dụng của khí than ướt 35

1 Phương pháp tháo xỉ rắn 35

2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khí hóa than 38

2.1.3.1 Ảnh hưởng của áp suất 38

2.1.3.3 Ảnh hưởng của nhiên liệu 40

2.1.3.3.1 Độ ẩm của nhiên liệu 40

CHƯƠNG III 61

HỆ THỐNG KHÍ HÓA THAN TẦNG CỐ 61

ĐỊNH KIỂU NGƯỢC CHIỀU 61

3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống hóa khí than 61

KẾT LUẬN 64

LỜI NÓI ĐẦU

Các nguồn năng lượng tái tạo như : năng lượng mặt trời, năng lượng gió, địa nhiệt, năng lượng biển… trong những năm gần đây người

ta đã nghiên cứu ứng dụng khá nhiều, nhưng hiệu suất của các thiết bị này còn rất thấp, chưa thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng năng lượng hiện nay.

Trong khi đó nguồn nhiên liệu hoá thạch than đá với trữ lượng còn rất lớn và phân bố rộng khắp trên toàn cầu Vì vậy, để giải quyết vấn đề năng lượng hiện nay và vài trăm năm tới thì việc sử dụng than đá vẩn là giải pháp có ưu thế nhất.

Nhưng vấn đề là nguồn nhiên liệu này nếu sử dụng theo lối truyền thống thì nó phát thải rất lớn điều này là không thể được trong thời đại ngày này.

Trong những năm gần đây, người ta đã ứng dụng nhiều phương pháp đốt và chuyển nhiên liệu than thành các dạng nhiên liệu khác rất có hiệu quả, nó giảm thiểu được nguồn khí thải gây ô nhiểm môi trường, như chuyển than đá thành nhiên liệu lỏng, rửa than và đặc biệt là khí hoá than đá.

Khí hoá than đá là một phương pháp để chuyển than đá thành khí đốt hoặc dùng làm nguyên liệu tổng hợp hóa chất Phương pháp này đã được ứng dụng nhiều trong những năm gần đầy.

Đặc biệt ở Việt Nam với việc phát hiện ra mỏ than dưới lòng đồng bằng Sông Hồng với trữ lượng rất lớn gần 210 tỉ tấn sẽ là một nguồn tài nguyên khổng lồ cho ngành năng lượng và các ngành công nghiệp

khác.Tuy nhiên điều khó khăn ở đây là mỏ than này nằm sâu dưới lòng đất và có cấu tạo địa chất không ổn định, lớp đất đá và vách trụ rất mềm nên không thể khai thác theo phương pháp thông thường như hầm lò và

lộ thiên Vì vậy việc thăm dò địa chất bổ sung nghiên cứu công nghệ phục vụ phát triển bể than đồng bằng Sông Hồng đang là những trọng tâm hoạt động của công ty năng lượng Sông Hồng (SHE) SHE đang chủ động triển khai hợp tác nghiên cứu, chuyển giao công nghệ hóa khí than ngầm (UCG) với các đối tác Trung Quốc, NhậtÚc, Mỹ.

Chính vì vậy chúng ta cần phải nghiên cứu ứng dụng và làm chủ được công nghệ này cho việc khai thác bể than đồng bằng Sông Hồng một cách có hiệu quả thì đây sẽ là một tiềm năng vô cùng to lớn với nước

ta Đảm bảo chiến lược an ninh năng lượng của đất nước Nhận thức được vấn đề, bản thân đã quyết định đi sâu vào lĩnh vực này với mục đích tìm hiểu rõ hơn về công nghệ hóa khí than cũng như khả năng ứng dụng công nghệ này ở Việt Nam.

Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài có thể chỉ rõ hiệu quả của việc sử dụng hóa khí than để

chuyển than đá thành nhiên liệu khí, nhằm sử dụng hiệu quả nguồn than

đá còn dồi dào hiện nay mà không gây ô nhiễm môi trường lớn như việc đốt than trực tiếp cũng như lợi ích kinh tế mà nó mang lại Qua đó giúp chúng ta thấy được tầm quan trọng của công nghệ hóa khí than trong quá trình phát triển của mỗi quốc gia nói chung và Việt Nam nói riêng.

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ HÓA KHÍ THAN

1.1 Lịch sử phát triển của ngành khí hóa than

1.1.1.Khí hoá than trên thế giới.

Công nghệ hoá khí than là công nghệ sản xuất khí đốt, khi oxy hoá khối hữu cơ trong than không hoàn toàn Công nghệ hoá khí than đã có một lịch sử lâu đời từng trải qua những thời kì phát triển và suy giảm Khí đốt từ than đã thu được lần đầu tiên vào năm 1792 ở Merdok nước Anh, lúc đó khí đốt được xem là sản phẩm đi kèm khi sản xuất "dầu trong" từ than Vào những năm 50 của thế kỷ XIX, đã có các nhà máy sản xuất khí

từ than trong các thành phố lớn và vừa ở các nước châu Âu và bắc Mỹ đi vào hoạt động để cung cấp khí đốt cho dân thành phố dùng cho các mục đích sưởi ấm, sinh hoạt và chiếu sáng Lúc này, chính là thời kỳ "thế kỷ vàng" của công nghệ hoá khí than

Đến đầu năm 1960, khai thác dầu mỏ ở cận đông và tây Xibir với giá rẻ hơn khí sản xuất từ than, đã làm cho ngành công nghiệp hoá khí than gần như bị loại bỏ, chỉ còn lại một ít vùng hiếm hoi như các nhà máy hoá khí than ở Nam Phi do vùng này bị cấm mua dầu mỏ và vùng này đã trở thành vùng công nghiệp hoá khí than đầu tiên của thế giới tồn tại cùng dầu mỏ Nhưng đến năm 1972, cuộc "khủng hoảng năng lượng thế giới

bùng nổ", giá dầu mỏ đột nhiên tăng vọt từ 5 -7 USD/thùng lên 24USD/ thùng.

Cuộc khủng hoảng lần này đã mang đến cho thế giới một bài học hết sức quan trọng về tài nguyên năng lượng, đó là sự hạn chế về trữ lượng và sự phân bố không đồng đều của nguyên liệu cacbua hydro và khả năng cạn kiệt của chúng Trong khi trữ lượng của các khoáng sản rắn cháy như các loại than, đá phiến chứa dầu, cát bitum… lại phân bố khá đồng đều, trữ lượng khá phong phú với thời gian cạn kiệt của chúng được đánh giá là còn tới nhiều trăm năm nữa Chính cuộc khủng hoảng đó đã

có tác dụng lớn, làm cho ý thức tiết kiệm năng lượng của loài người được nâng cao thêm Sau cuộc khủng hoảng đó, các nước có nhiều than, ít than

và không có dầu mỏ đã bắt đầu phát triển công nghệ chế biến than từ những đống than cũ còn lưu lại từ trước theo công nghệ hoá khí than

Trong thời kỳ 1970-1980, các nhà khoa học đã dự đoán là than sẽ trở lại thời kỳ thứ hai của "thế kỷ vàng" và khả năng cạn kiệt của dầu mỏ không còn xa nữa Chính những dự đoán đó đã dấy lên những công trình nghiên cứu quá trình công nghệ mới về chế biến than

Những công trình nghiên cứu đầu tiên đã thu được sản phẩm nhiên liệu lỏng từ than bằng các phương pháp trực tiếp và gián tiếp ở các nước

Mỹ, Đức, Anh, Nhật Bản, Liên Xô cũ …đã bắt đầu xây dựng chương trình công nghệ chế biến than qui mô nhà nước Đã có hàng trăm hãng có tên tuổi trên thế giới tham gia trực tiếp vào lĩnh vực này.Tính đến năm

1980, đã có hàng chục loại thiết bị và các xưởng hướng dẫn chế biến than theo công nghệ hoá khí, hoá lỏng và nhiệt phân đã lần lượt ra đời

Hóa khí than được phát triển mạnh mẽ nhất vào những năm 1990

để sản xuất năng lượng bằng phương pháp sử dụng chu kỳ nhị phân gồm khí cháy được sử dụng cho tuốc bin khí, còn lại sản phẩm đốt được sử dụng cho tuốc bin hơi Nhà máy điện đầu tiên có qui mô thương mại bằng khí hoá chu kỳ trong là ở Cool water bang California Mỹ với công suất

100 MW (60 tấn than/giờ) được xây dựng từ năm 1983 Nhà máy sử dụng máy sinh khí Texaco cấp nhiên liệu ở dạng huyền phù than Đến năm

1993, đã có tới 18 nhà máy điện hoạt động theo phương pháp hoá khí chu

kỳ trong sử dụng nhiên liệu rắn với công suất của mỗi nhà máy từ 300MW của các nước trên thế giới được đưa vào sử dụng Tổng công suất của thiết bị hoá khí than của thế giới đến năm 1995 đã lên tới trên

60-30000 MW.h và đến năm 2002 là gần 50000 MW.h, dự đoán năm 2004

sẽ lên đến trên 60000 MW.h

Công nghệ hoá khí than của thế giới đã phát triển một cách nhanh chóng, trong đó xu hướng chung là đi theo phương pháp hoá khí than chu

kỳ trong là phương pháp đảm bảo tính an toàn cho sinh thái,do khí than

đã được làm sạch sơ bộ, lượng các chất khí có hại như: SO2, NOx… và các hạt bụi rắn đã giảm bớt Ngoài ra, hoá khí than do sử dụng chu kỳ nhị phân nên hệ số có ích của nhà máy điện tăng lên, nhờ đó mà giảm được tiêu hao nhiệt riêng Nhà máy điện hoá khí than chu kỳ trong với nhiên liệu rắn lại có giới hạn chất ô nhiễm thấp hơn Vì vậy, hiện nay, hoá khí than chu kỳ trong được xem là hướng phát triển có triển vọng nhất trong ngành năng lượng Từ năm 1970 đến nay, các nước trên thế giới đã sản xuất được 3 loại lò sinh khí để hoá khí than có công suất tính theo than là

100 tấn/giờ ở qui mô công nghiệp, đó là:

- Lò sinh khí hoá khí than theo lớp Tổng số lò sản xuất được cho đến nay là 930 lò, trong đó có hơn 160 lò sinh khí kiểu "Lurgi"

- Lò sinh khí tầng sôi kiểu Vinklera Tổng số lò đã được sản xuất

vọng nhất là loại lò sinh khí đã thực hiện được các nguyên lý công nghệ sau:

Nhiệt độ hoá khí trong khoảng 1500 ÷22000C là thích hợp nhất, với nhiệt độ đó sẽ đảm bảo được độ bền vật liệu chế tạo và đủ để xỉ lỏng tách ra

Lò sinh khí để hoá khí bằng than cám là loại lò có công suất dự trữ lớn, ít kồng kềnh và đơn giản trong chế tạo Nhưng loại lò này có nhược điểm là hệ số tác dụng có ích của hoá khí thấp, thường là chỉ đạt được trong khoảng 70-72%, trong khi các lò khác đạt tới 80% Để khắc phục nhược điểm này, đã có nhiều cơ quan nghiên cứu của nhiều nước tiến hành theo các hướng khác nhau, trong đó có Đức đã nghiên cứu hạ nhiệt

độ đưa vào thiết bị xuống 1000 ÷11000 C, Pháp cũng đã nghiên cứu hạn chế nhiệt độ làm mềm xỉ hoá nhưng đều không nâng được hệ số tác dụng có ích của hoá khí than

Trong thời kỳ 1990-1992, Viện Katekhii về than của Nga đã

nghiên cứu lò sinh khí kiểu mới đạt được hệ số tác dụng có ích của hoá khí than lên tới 77 ÷ 80 %, nhưng vẫn đảm bảo được năng suất của thiết

bị không bị giảm xuống, đó là lò sinh khí "Katek" Lò sinh khí "Katek" đã loại bỏ được giải pháp cổ truyền là bảo vệ thành lò không bị xỉ bám Lò phản ứng được thực hiện ở dạng ngăn, mỗi ngăn có vỏ bọc sinh hàn và nước đi vào thiết bị theo phương tiếp tuyến để bảo vệ thành lò Hạt xỉ nóng chảy khi rơi vào lớp ranh giới cạnh thành lò phản ứng sẽ được làm nguội ở nhiệt độ dưới nhiệt độ làm mềm và rắn, lại không bám được vào

thành lò Giải pháp công nghệ của lò "Katek" đã cho phép chuyển pha "xỉ lỏng sang xỉ rắn" làm cho phần khoáng của than không bám được vào thành lò phản ứng Nhờ giải pháp này mà chi phí Oxy đã giảm xuống từ

16 – 25 % và đã tăng hệ số tác dụng có ích của hoá khí than lên đến 77 ÷

80 % Chi phí nước của lò là 20 ÷ 100 kg/tấn than phụ thuộc vào công suất lò sinh khí

1.1.2 Hiện trạng sử dụng công nghệ hóa khí than của một số quốc gia trên thế giới

1.1.2.1 Khí hóa than ở Trung Quốc

Trung Quốc là nước có mức tiêu thụ than chiếm 1/3 tổng lượng than toàn cầu và than tham gia vào hơn 70% nguồn năng lượng của quốc gia này Ngay cả khi có sự phát triển nguồn năng lượng sạch hơn khác thì Trung Quốc vẫn sẽ là nước ngày càng tăng mức tiêu thụ than, đặc biệt vào các lĩnh vực sản xuất hóa chất và điện năng Vấn đề mà Trung Quốc đang quan tâm là sử dụng than có hiệu quả hơn và ít tác hại môi trường hơn

Cho đến những năm 90 của thế kỷ trước tổng lượng NH3 lỏng sản xuất tại Trung Quốc vào khoảng 21,289 triệu tấn Trước đó, trong những năm 1970 - 1980, Trung Quốc đã xây dựng 16 nhà máy sản xuất NH3, mỗi nhà máy có công suất 1000 tấn NH3/ ngày

Trong số các nhà máy đó có 4 nhà máy đi từ than do Công ty Lurgi thiết kế với công suất 900 tấn NH3/ ngày, sản phẩm thu được là DAP, đặt tại Lucheng, Shanxi

Hiện nay các nhà máy sản xuất NH3 đi từ than điển hình ở Trung Quốc là Hóa chất Ngô Kinh, Liễu Hóa, Hà Trì, An Hóa, Lỗ Nam, Thạch Gia Trang đa số các nhà máy này vẫn sử dụng các lò khí hóa kiểu cũ (LURGI) với kích cỡ φ2745, φ3000 vàφ3600 để khí hóa than Trong số

các nhà máy này có một số nhà máy đang sử dụng lò khí hóa than theo công nghệ TEXACO, như là các nhà máy ở Lỗ Nam, Ngô Kinh

Trong vài năm gần đây, Công ty Shell Global Solution và Sinopec của Trung Quốc đã tiến hành một số dự án liên doanh 50 - 50, sử dụng công nghệ khí hóa than theo công nghệ SHELL để sản xuất phân bón Nhà máy SINOPEC/ SHELL công suất than 2000 tấn/ ngày đặt tại

Dongting - Hunan, cách Đông Nam Thượng Hải 900km

Nhà máy sẽ sử dụng nguyên liệu than thay thế cho Naphtha để sản xuất khí tổng hợp phục vụ ngành sản xuất phân bón Vào năm 2004 nhà máy trị giá 140 triệu USD này sẽ đi vào vận hành

SINOPEC và SHELL cũng sẽ cho vận hành hai nhà máy sản xuất phân bón từ than tương tự đặt tại Hồ Bắc (công suất 2000 tấn than/ ngày)

và An Huy (1500 tấn than/ ngày), dự kiến vận hành vào năm 2005 Công

ty SHELL còn cung cấp bản quyền công nghệ khí hóa than cho một số nhà máy khác nữa ở Trung Quốc, như nhà máy ở Yingcheng công suất

900 tấn than/ ngày và ở Lan Châu công suất 1200 tấn/ ngày để sản xuất phân bón Một liên doanh SINOPEC và SHELL nữa trị giá 136 triệu USD tại Yueyang đang được xây dựng có công suất 2000 tấn than/ ngày

Các nhà máy sản xuất đạm từ than ở Trung Quốc sẽ giảm được chi phí đáng kể sau khi chuyển sử dụng nguồn nguyên liệu đắt tiền naphtha sang nguyên liệu than khai thác tại các địa phương Công nghệ tiên tiến hiện nay cũng giúp Trung Quốc giảm phụ thuộc vào nhập khẩu các loại than đắt tiền

Trung Quốc hiện rất đang quan tâm tới Công nghệ CCGI - sản xuất điện - đạm của SHELL Các nhà máy điện dự kiến đưa vào vận hành năm 2007 - 2008 ở Trung Quốc sử dụng công nghệ của SHELL gồm có:

- Nhà máy CCGI Yantai công suất 3000 tấn than/ ngày tại Yantai

- Nhà máy sử dụng than cốc và than cám dự kiến sản xuất điện, sẽ hoạt động vào năm 2008

Đài Loan cũng dự định cho vận hành nhà máy điện trên cơ sở khí hóa than theo Công nghệ SHELL đặt tại Changbin, sử dụng 2000 tấn than/ ngày, cho công suất 250 MW vào năm 2007.

Nói tóm lại, Trung Quốc là nước hiện có nhiều nhà máy sản xuất phân bón từ than (có khoảng 60 nhà máy đạm từ than cỡ nhỏ dùng lò φ2.000 sử dụng than cục khí hóa, sản xuất NH3, NH4 NO3 và khoảng 40 nhà máy cỡ trung bình, sử dụng loại lò φ3000 ÷ 6000 với tổng công suất 100.000 tấn NH3/ ngày)

Trung Quốc hiện đã hiện đại hóa (tự động hóa) công nghệ sản xuất

NH3 từ khâu khí hóa than đến tổng hợp NH3, điển hình là các nhà máy ở Ngô Kinh, An Hóa điều quan trọng để tự động hóa là nguồn cung cấp than phải ổn định về chất lượng, thiết bị sử dụng phải có độ tin cậy cao,

hệ thống điều khiển phải có độ chính xác lớn, bền và mặt khác trong điều hành phải tuân thủ nghiêm ngặt quy trình thao tác

1.1.2.2 Khí hóa than ở Nam Phi

Nam Phi có những trữ lượng than lớn, từ loại than antraxit chất lượng rất cao đến loại than bitum chất lượng thấp (hàm lượng tro cao) Than bitum này được sử dụng như nguồn cung cấp nhiệt năng cho các nhà máy nhiệt điện và cung cấp cacbon cho các nhà máy hóa chất Sản lượng amoniac hiện nay của Nam Phi đạt 627000 tấn/năm, chủ yếu dựa trên công nghệ khí hóa than

1.1.2.3 Khí hóa than ở Ấn Độ

Khả năng sẵn có để khai thác sử dụng là yếu tố cơ bản chi phối việc lựa chọn nguyên liệu cho ngành sản xuất phân bón của Ấn Độ Xu hướng nguyên liệu tại đây đã dịch chuyển từ nguyên liệu rắn (than) và khí

lò cốc trong thập niên 1960 sang nguyên liệu lỏng (naphtha và dầu nhiên liệu) trong thập niên 1970, rồi đến khí thiên nhiên vào thập niên 1980 Nói chung, trong những năm qua các công ty Ấn Độ thường ưu tiên sử dụng khí thiên nhiên hoặc naphtha, còn các cơ sở phân bón sử dụng

nguyên liệu than dần dần bị đóng cửa Nhưng có những thời gian nguồn cung khí thiên nhiên rất eo hẹp do bị cạnh tranh bởi nhu cầu từ các nhà máy phát điện Lượng khí thiên nhiên cần cho một nhà máy sản xuất urê công suất 2200 tấn /ngày tương đương lượng khí cần cho một nhà máy nhiệt điện 250 MW Ấn Độ đã cố gắng giải quyết vấn đề nguyên liệu bằng nhiều cách khác nhau, từ nhập khẩu khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) đến xây dựng các hệ thống đường ống vận chuyển quy mô lớn Người ta cho rằng việc sử dụng những trữ lượng than lớn của Ấn Độ cho sản xuất amoniac và urê có thể sẽ góp phần giải quyết bài toán này.

1.1.2.4 Khí hóa than ở Mỹ

Hiện nay than chiếm khoảng 52% nguồn nhiên liệu cho các nhà máy điện của Mỹ Nhưng dự báo tỷ lệ này sẽ giảm dần trong 20 năm tới, xuống còn khoảng 45% Cũng như ở Ấn Độ, việc sử dụng ngày càng nhiều khí thiên nhiên cho mục đích phát điện ở Mỹ đã đẩy giá khí lên cao, khiến cho ngành công nghiệp hóa chất không muốn tiếp tục trông cậy vào nguồn nguyên liệu này nữa Trong thập niên 1990, nhiều nhà máy sản xuất amoniac và urê theo công nghệ khí hóa than ở Mỹ đã chết yểu, kể cả nhà máy COGA Industries tại Ilinois, là nhà máy sử dụng than

có hàm lượng lưu huỳnh cao để sản xuất 900.000 tấn urê/năm Vào thời điểm đó, chỉ còn duy nhất một nhà máy vận hành theo công nghệ khí hóa than, đó là một nhà máy tại Dakota

Nhưng đến năm 2000, khi giá khí thiên nhiên lên đến đỉnh cao, người ta đã trở lại những kế hoạch xây dựng các nhà máy amoniăc theo công nghệ khí hóa than Đồng thời các quy định mới về phát tán khí thải

đã tạo ra động lực mới cho công nghệ này,vì than khí hóa được coi như nguồn năng lượng tương đối sạch Năm 2001, Công ty Farmland

Industries đã bắt đầu xây dựng nhà máy khí hóa than gần cơ sở sản xuất amoniăc của mình tại Enid, Oklahoma Các nhà sản xuất khác cũng cân nhắc đến việc làm theo công ty này

Chính phủ Mỹ đang khuyến khích áp dụng công nghệ khí hóa than như một phương pháp giảm thiểu mức độ ô nhiễm môi trường của các nhà máy nhiệt điện đốt than Chính phủ nước này đã phân bổ 2 tỷ USD cho chương trình nghiên cứu gọi là "Công nghệ than sạch" đó là sự phát triển có thể mở đường cho sự xuất hiện các nhà máy tổng hợp, vừa sản xuất điện vừa sản xuất các hóa chất đi từ khí tổng hợp như amoniăc và metanol Động lực này là một hiện tượng rất đáng quan tâm, vì cho đến nay trên thế giới người ta vẫn coi sản xuất amoniăc đi từ than là một công nghệ cũ và không hiệu quả, đó cũng là lý do vì sao các nước không phát triển mạnh công nghệ này Nhưng các động lực mới từ Mỹ có thể sẽ tạo

ra bước đột phá quan trọng trên toàn thế giới cho sản xuất amoniăc đi từ nguyên liệu than

1.2 Hóa khí than tại Việt Nam

1.2.1 Tình hình nhiên liệu sử dụng tại Việt Nam

Trước đây, khi các loại nhiên liệu nhập ngoại (xăng, dầu…) có giá còn thấp thì phần nhiều chúng ta sử dụng các loại nhiên liệu nhập ngoại

đó Hiện nay, với việc tăng giá nhiên liệu dầu trên thế giới, sức ép về chi phí nhiên liệu của các cơ sở sản xuất đang tăng mạnh và các cơ sở sản xuất đang có xu hướng thay thế các nhiên liệu nhập ngoại bằng các nguồn nhiên liệu sẳn có trong nước và nhất là các nhiên liệu rẻ tiền

Một trong những nguồn nhiên liệu sẵn có đó thì than đá đang được xem là nguồn nhiên liệu mang tính chiến lược của quốc gia Bảng dưới đây sẽ cho chúng ta một cái nhìn tổng quan về chi phí than đá so với các loại nhiên liêụ khác

Bảng 1.1: So sánh một số nhiên liệu và giá thành sản xuất nhiệt [13]

Tỷ lệ chi phí nhiên liệu so vơi than

Hình 1.1: So sánh chi phí nhiên liệu

+ Khi chuyển từ dùng Gas sang sử dụng than đá thì chi phí còn 18,3%

+ Khi chuyển từ dùng Gas sang dùng than cám thì chi phí còn 10,9%

* Tóm lại nếu sử dụng một cách hiệu quả các loại nhiên liệu hoá thạch trong nước thì giảm được rất nhiều chi phí cho các cơ sở sản xuất

1.2.

2 Ứng dụng công nghệ hóa khí than tại Việt Nam

Như vậy với trữ lượng than lớn, để có thể sử dụng một cách hiệu quả nguồn năng lượng hoá thạch này sao cho vừa có lợi ích về kinh thế, vừa có lợi ích về môi trường thì ứng dụng công nghệ khí hoá than là yếu

tố cần thiết và khẩn trương

Hiện nay, rầt nhiều cơ sở sản xuất trong nước đang hướng tới công nghệ này trong chiến lược giảm thiểu chi phí năng lượng Tuy nhiên hầu như ở Việt Nam chưa có một đơn vị nào nghiên cứu và chế tạo thiết bị này nên đã có một số cơ sở nhập thiết bị từ Trung quốc Mặc dù thiết bị nhập ngoại tương đối đắt tiền ( 1.5 tỷ VND với công suất nhiệt 2224000 kj/h, trọng lượng thiết bị 15tấn) nhưng vẫn chưa phù hợp với điều kiện Việt Nam Thiết nghĩ nhà nước nên khuyến khích các nhà khoa học đi sâu vào lĩnh vực này để có thể tư vấn cho các nhà sản xuất trong nước ứng dụng công nghệ này một cách hiệu quả nhất

Với đặc tính than ở Việt Nam như vậy thì chúng ta có thể ứng dụng công nghệ khí hoá than tầng cố định và tầng sôi ở áp suất bình

thường là phù hợp nhất

Ưu điểm của hai loại này là: đơn giản, dễ chế tạo, hiệu suất cũng tương đối lớn, nằm trong khả năng của chúng ta

1.3 Các vấn đề môi trường liên quan đến than và tầm quan trọng của hóa

khí than

1.3.1 Các vấn đề môi trường liên quan đến than

1.3.1.1 Ảnh hưởng của việc khai thác than

Có hai dạng mỏ than cơ bản là vỉa than lộ thiên trên bề mặt (sâu < 30m) và hầm mỏ than nằm sâu trong lòng đất

Việc khai thác các vỉa than trên mặt (surface - mining) có những

ưu điểm so với khai thác dưới các hầm mỏ (subsurface - underground mining) như ít tốn kém hơn, an toàn hơn cho người thợ mỏ và nói chung,

nó cho phép khai thác than triệt để hơn Tuy nhiên, khai thác trên bề mặt lại gây ra vấn đề môi trường như nó "xóa sổ" hoàn toàn thảm thực vật và lớp đất mặt, làm gia tăng xói mòn đất cũng như làm mất đi nơi trú ngụ của nhiều sinh vật Hơn nữa, nước thoát ra từ những mỏ này chứa axit và các khoáng độc, gây ô nhiễm nước, ô nhiễm đất…

Việc khai thác than dưới các hầm mỏ sâu trong lòng đất lại khá nguy hiểm, xác suất rủi ro cao Ở Mỹ, trong suốt thế kỷ 20 đã có hơn 90.000 người thợ mỏ chết vì các tai nạn hầm mỏ, và thường các công nhân hầm mỏ đều có nguy cơ cao về bệnh ung thư và nám phổi

1.3.1.2 Ảnh hưởng của việc đốt than

Hạn chế lớn nhất của việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch nói chung

và than nói riêng là nó gây ra ô nhiễm không khí do sự phát thải CO2,

SO2, NOx Tính trên một đơn vị nhiệt lượng phát ra thì đốt than thải ra nhiều chất ô nhiễm hơn các nhiên liệu hóa thạch khác (dầu, khí…) Chính

vì vậy, việc đốt than đã gián tiếp góp phần vào quá trình biến đổi khí hậu làm suy thoái môi trường toàn cầu mà nổi bật là hiện tượng hiệu ứng nhà kính và mưa axit

* Hiệu ứng nhà kính: Chúng ta biết rằng, bức xạ mặt trời là bức xạ

sóng ngắn (năng lượng lớn) nên nó dễ dàng xuyên các lớp khí CO2 và tầng ozon để chiếu xuống trái đất Ngược lại, bức xạ nhiệt từ mặt đất phát vào vũ trụ là bước sóng dài (yếu hơn), nên nó bị hấp thụ (không xuyên qua được) bởi CO2 và hơi nước trong khí quyển Cân bằng CO2 được duy trì nhờ sự hấp thụ của thực vật và hòa tan trong nước biển đại dương

Như vậy, với một mức nào đó, lượng CO2 trong khí quyển là cần thiết cho sự ổn định nhiệt trên trái đất cũng như cho quá trình quang hợp của thực vật Tuy nhiên, ngày nay, con người đã thải CO2 vào khí quyển vượt quá mức cân bằng bình thường của nó Chỉ riêng đốt than đá, mỗi năm đã thải vào khí quyển 2,5 1013 tấn CO2 Điều này dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ trên trái đất Người ta ước tính nếu nồng độ CO2 trong khí quyển tăng lên gấp đôi thì nhiệt độ trung bình bề mặt trái đất sẽ tăng lên 3,6 0C Sự nóng lên toàn cầu này sẽ làm tan băng ở hai cực, dâng mực nước biển, ngập lụt những vùng ven biển Nó có thể gây ra bão lụt ở một

số vùng và hạn hán ở những vùng khác Những sự biến đổi bất thường này của khí hậu vẫn chưa thể lường hết được

Than, nhất là than bitum, chứa: S, N Khi đốt, chúng thải vào khí quyển các lưu huỳnh oxit, nitơ oxit Các oxit này tạo nên và tác dụng với hơi nước trong khí quyển làm cho mưa rơi xuống

1.3.2 Tầm quan trọng của hóa khí than

1 Giảm chi phí nhiên liệu.

Giả sử công suất nhiệt cần cung cấp là 350.000kcal/h ↔

Như vậy về giá trị nhiệt thì: 1kg (LPG) ↔ 10,2 (KT)

Ví dụ cụ thể: Công ty kết cấu thép VNECCO.SSM KCN Hoà Khánh trong năm 2006 sử dụng hết 150.000 kg LPG tương ứng số tiền: 1.500.000.000 ( 1 tỷ năm trăm triệu đồng) Nếu công ty sử dụng khí than thay thế LPG thì lượng tiền tiết kiệm được là:

Lượng không khí lý thuyết cần thiết dùng để đốt cháy hoàn toàn 1m3 LPG:

Từ phương trình cháy LPG :

C3H8+ 5O2 = 3CO2 + 4H2O

C4H10 +2/3 O2 = 4CO2 + 5H2O

VoLPG = 0,5 ×(5+213 )×21100 = 27,3 [m3không khí/Nm3 LPG]Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1m3

Sự phát thải CO2 khi đốt theo phương pháp truyền thống

VttCO2 = 0,0187Clv [m3 /kg] {Công thức I.18/ [ 7]}= 0,0187 * 80

= 1,5 m3/kg

Sự phát thải CO2 khi chuyển than thành khí than rồi đốt

V ktCO2 =0,01.(CO+CO2+CH4) [m3 /m3] {Công thức I.20/[7]}

Ở đây CO, CO2, CH4 là thành phần % thể tích của chúng trong khí than (Bảng 1.3)

Thay số vào ta có:

V ktCO = 0,33 [m3 /m3] ⇔ 0.29 [m3/kgkt]

Sự phát thải CO2 khi dùng LPG

V LPGCO2 = 0,01 (C3H8 + C 4H10) [m3/m3 ] {Công thức I.20/[7]}

C3H8, C4H10 tương ứng là thành phần % thể tích trong nhiên liệu (Bảng 1.3)

1.4.1 Khí hóa than ở áp suất khí quyển (ACG)

Đây là quy trình được sử dụng trong đa số các nhà máy khí hóa than cũ, cỡ nhỏ của Trung Quốc từ những năm 1950 Thiết bị khí hóa sử dụng than cục có kích thước 25 ÷ 27mm và độ bền nhiệt tốt, như antraxit hay cốc, để đảm bảo lượng hyđrocacbon thấp trong khí than Thiết bị hoạt động ở áp suất khí quyển và than được khí hóa bằng không khí và hơi nước trong tầng cố định Nhiệt sinh ra từ phản ứng tỏa nhiệt giữa than và

không khí được lưu giữ trong tầng phản ứng để cung cấp nhiệt cho phản ứng giữa than và hơi nước, đó là giai đoạn mấu chốt trong quá trình khí hóa.

Khí hóa than đá ở áp suất khí quyển là một quá trình ổn định và sử dụng không khí ở áp suất khí quyển, không cần công đoạn tách khí, trang thiết bị tương đối rẻ - rẻ hơn khoảng 30% so với những quá trình khác (tính theo tấn sản phẩm) Tuy nhiên, tiêu hao năng lượng cao, khoảng 57 kJ/tấn amoniac và quá trình cũng thải ra nhiều cacbon monoxit và hyđro sunfua, nên cần công đoạn xử lý khí đuôi Quy trình này không thích hợp với các dây chuyền công suất lớn

1.4.2 Quy trình Koppers Totzek

Đây là quy trình được sử dụng trong những nhà máy ở Nam Phi,

Ấn Độ và Trung Quốc Trong thiết bị khí hóa, than được nghiền thành hạt mịn và cấp cho lò đốt

Oxy được dẫn vào trực tiếp từ phía trước của thiết bị khí hóa và cùng với lượng nhỏ hơi nước, hỗn hợp đi vào vùng phản ứng qua miệng của lò đốt với tốc độ cao Nhiệt độ ở giữa ngọn lửa có thể đạt 200 0C Khí tổng hợp đi ra qua đỉnh của thiết bị sinh khí ở nhiệt độ 150 ÷ 160 0C và qua nồi hơi được đốt nóng bằng nhiệt thải Phần lớn tro thải ra khỏi thiết

bị phản ứng ở dạng lỏng và được hóa rắn thành hạt nhờ làm nguội nhanh bằng nước

1.4.3 Quy trình của Shell

Quy trình khí hóa than theo công nghệ của Shell hiện nay chưa được sử dụng trong nhà máy amoniăc nào, nhưng là một công nghệ khí hóa than hiện đại và điển hình Quy trình này đang được dùng ở Hà Lan trong tổ hợp khí hóa than và phát điện 250 MW

Trung Quốc cũng đang xây dựng một số nhà máy sản xuất phân đạm urê ở Hồ Nam, Hồ Bắc, An Huy , trong đó phần khí hóa than sẽ áp

dụng công nghệ của Shell với công suất khí hóa 1000 ÷ 2000 tấn

than/ngày và đi vào hoạt động từ năm 2005

1.4.4 Quy trình Texaco

Quy trình này đạt thành công lớn ở Trung Quốc thay thế cho quy trình khí hóa than ở áp suất khí quyển, và trong một số trường hợp thay thế cho cả quy trình đốt napta

Hãng Lurgi đưa ra một số công nghệ khí hóa, trong đó thiết bị khí hóa với tầng cố định, đáy khô của Lurgi hiện được sử dụng nhiều nhất Quá trình khí hóa được thực hiện bằng hơi nước và oxy Than di chuyển xuống phía dưới rất chậm, còn tro được tháo ra qua đáy Nhiệt độ khí hóa tương đối thấp so với các quá trình khác Trong khí thu được có những tạp chất như phenol và hyđrocacbon Hàm lượng metan trong khí có thể lên đến khoảng 10% Chính vì thế khí không đủ sạch

CHƯƠNG II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH

HÓA KHÍ THAN

2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình khí hóa than

Khí hóa than là quá trình dùng oxy (hoặc không khí, hoặc không khí giàu oxy, hoặc oxy thuần, hơi nước hoặc hydro, nói chung gọi là chất khí hóa) phản ứng với than ở nhiệt độ cao chuyển nhiên liệu từ dạng rắn sang dạng nhiên liệu khí Nhiên liệu này được gọi chung là khí than với thành phần cháy được chủ yếu là CO, H2, CH4 dùng làm nhiên liệu khí dân dụng, trong công nghiệp hoặc sử dụng làm nguyên liệu cho tổng hợp

NH3, tổng hợp CH3OH

2.1.1 Quá trình khí hóa nhiên liệu (tầng cố định)

Nguyên lý làm việc của quá trình khí hóa có thể nêu vắn tắt như sau:

Quá trình khí hóa được tiến hành trong thiết bị đặc biệt được gọi là

lò sinh khí

Đó là một lò đứng, phía trên có bộ phận nạp than vào lò, phía dưới

có bể nước loại tro,xỉ Tác nhân khí hóa là không khí và hơi nước đưa vào qua mũ gió ở phía dưới, nhiên liệu khí tạo thành sẻ theo đường ống phía trên ra ngoài

Theo chiều đi từ trên xuống dưới, nhiên liệu lần lượt được sấy, chưng khô, khử, ôxy hóa và cuối cùng tạo thành xỉ Thông thường vùng sấy và vùng chưng khô gộp lại thành vùng chuyển bị nhiên liệu, vùng khử

và vùng ôxi hóa thành vùng khí hóa

Tại vùng sấy, hơi ẩm của nhiên liệu được tách ra, đồng thời nhiên liệu được đốt nóng lên Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy và đốt nóng này được truyền từ khí, khi dòng khí đi qua lớp nhiên liệu sấy này

Khi nhiên liệu được đốt nóng đến 250 ÷ 350 0C, nhiên liệu sẻ đi vào vùng chưng khô Tại đây các sản phẩm dạng khí và hơi được tách ra

là: Oxyt cacbon , hydro, mêtan, cacbua hydro nặng (chủ yếu là êtylen), sunphuahydro, amôniac, nhựa than.

Sau khi tách hết chất bốc, nhiên liệu trở thành cốc, than cốc này được nung nóng đỏ và đi vào vùng khí hóa Tại đây sẽ tiến hành các phản ứng hóa học phức tạp giữa than cốc nung đỏ và tác nhân khí hóa như không khí và hơi nước Trên đường đi từ dưới lên trên, không khí tác dụng với than cốc để thành khí CO2 và CO, hơi nước phản ứng với

cacbon để thành khí CO và hydro Những khí CO, H2 mới tạo thành lại cháy trong dòng khí để thành CO2 và H2O vì trong dòng khí vẩn còn O2 Càng lên phía trên lượng Oxy càng giảm, cuối cùng không còn nữa Vì vậy, hàm lượng khí CO và H2 ngày càng tăng Đến vùng khử khí CO2 và

H2O tác dụng với cacbon nung đỏ để tạo thành CO và H2 Như vậy, ở vùng khử khí hàm lượng CO và H2 khá cao Các phản ứng oxy hóa đều tỏa nhiệt này sẽ cung cấp cho các phản ứng khử và đốt nóng than cốc, khí Tốc độ phản ứng trong vùng khử phụ thuộc rất nhiều vào mức độ chuyển bị nhiên liệu nghĩa là mức độ trừ bỏ hoàn toàn hơi ẩm và chất bốc Nếu nhiên liệu càng ẩm,càng chứa nhiều chất bốc thì thời gian nằm ở vùng khí hóa càng lâu Ngoài ra các phản ứng trên phụ thuộc khá nhiều vào nhiệt độ, nhiệt độ càng cao các phản ứng khử càng mạnh Ở nhiệt độ

1000oC thì hầu hết các khí CO2 bị khử thành khí CO, cho nên nhiệt độ ở vùng khí hóa phải duy trì ở khoảng 1000oC

Như vậy, khí than nhận được là do sản phẩm của các phản ứng xảy ra ở vùng khí hóa và khí nhận được từ vùng chưng khô Thành phần của khí than ra khỏi vùng khí hóa củng có sự thay đổi Một số khí CO và

H2 có tham gia vào việc tạo ra sản phẩm tổng hợp ở dạng lỏng và CH4 Ngoài ra ở phần trên của nhiên liệu có thể tiến hành phản ứng:

2CO → CO2 + C

Những sự biến đổi này có ý nghĩa lớn nếu ở đó có chất xúc tác Chất xúc tác có thể được đưa từ bên ngoài vào hay có ngay trong tro nhiên liệu hoặc lớp gạch lót lò Ví dụ sắt là chất xúc tác cho phản ứng:

2CO → CO2 + CTrong điều kiện thông thường của kỹ thuật những biến đổi này có thể bỏ qua

Trước khi đưa khí than đi dùng người ta thường phải làm sạch nó

vì sản phẩm ra khỏi lò khí hóa thường lẫn nhiều khí khác nhau cũng như mang khá nhiều xỉ, bụi, mồ hóng

2.1.2 Các loại khí than

Tùy theo tác nhân khí hóa mà người ta thu được các loại khí than khác nhau như khí than khô, khí than ướt, khí than hỗn hợp dưới đây ta nghiên cứu quá trình tạo ra các loại khí than đó

2.1.2.1 Quá trình tạo khí than khô

2.1.2.1.1 Bản chất của quá trình

Khí than khô là khí than nhận được khi tác nhân khí hóa là không khí Tại vùng khí hóa sẽ xảy ra các phản ứng sau:

C + O2 = CO2 + 399499 kj (1)2C + O2 = 2CO + 232384 kj (2)

C + CO2 = 2CO + 167023 kj (3)2CO + O2 = 2CO2 + 566474 kj (4)Phản ứng (1) và (2) tiến hành đến tận cùng còn phản ứng (3) và (4) tiến hành thuận nghịch Đa số những phản ứng trên là phản ứng tỏa nhiệt,

do đó dẫn tới tăng nhiệt độ trong vùng khí hóa, kết quả làm cho các mẫu than mềm ra và nóng chảy tạo thành những cục xỉ lớn Vì vậy, việc phân

bố không khí theo toàn bộ lớp nhiên liệu bị phá vỡ làm quá trình khí hóa trở nên xấu đi Ở phía dưới vùng khí hóa trong pham vi ôxy hóa, nồng độ

độ ôxy hóa cao hơn, nên tiến hành các phản ứng oxy hóa hoàn toàn và một phần ôxy hóa không hoàn toàn Khí CO tạo thành gặp ôxy tự do sẽ

cháy thành CO2 Đến vùng khử, CO2 tác dụng với than cốc nung đỏ để tạo thành khí CO Khí càng nhiều CO thì chất lượng của chúng càng tăng lên Khí CO là thành phần chính của khí than khô Nếu khả năng phản ứng của than cốc càng cao thì sự phân hủy CO2 càng mạnh và khí càng giàu CO, ngay cả trong trường hợp nhiệt độ vùng khử hạ thấp xuống dưới

1000oC

2.1.2.1.2 Thành phần của khí than khô

2.1.2.1.3 Một số đặc điểm của quá trình sản xuất khí than khô

Đặc trưng lớn nhất của quá trình sản xuất khí than khô là nhiệt độ trong các khu vực đều cao, đặc biệt là trong khu vực cháy nhiệt độ có thể lên đến 1000 ÷ 1700 0C

Trong điều kiện như vậy tro xỉ đều bị chảy lỏng, các lớp lót trong

lò bị ăn mòn rất mạnh vì xỉ lỏng nóng tác dụng rất mạnh với các vật liệu chịu lửa Do vậy, vật liệu lót lò thường phải là các loại cao cấp, như gạch chịu lửa manhêzit Tháo xỉ ở dạng lỏng

Khí than khô có nhiều nhược điểm, chủ yếu là khả năng sinh nhiệt thấp, tổng hàm lượng CO, H2 thấp Tổn thất nhiệt trong quá trình sản xuất cao do nhiệt độ của sản phẩm khí ra khỏi lò khá cao (800 ÷ 900 0C), hiệu suất khí thấp Trong lò khí hóa, nhiệt độ ở khu vực cháy rất cao nên vật

liệu lót lò chóng bị hư hỏng, phải sửa chữa thường xuyên và phải sử dụng vật liệu đắt tiền Tuy vậy cũng có một số ưu điểm Do nhiệt độ

lò rất cao nên cho phép tháo xỉ lỏng và do đó có thể dùng những loại nhiên liệu nhiều tro, nhất là tro có nhiệt độ chảy mềm thấp, để khí hóa Có thể cho vào than các vật liệu có khả năng làm giảm nhiệt độ chảy lỏng của tro (như CaO)

Do nhiệt độ trong lò cao nên có cường độ khí hóa cao và vấn đề về tách tro, xỉ không bị hạn chế như ở các phương pháp khác

2.1.2.1.4 Lĩnh vực sử dụng khí than khô

Do thành phần khí than khô có hàm lượng CO và H2 thấp, nên giá trị sử dụng và giá trị kinh tế thấp Trong trường hợp khí có hàm lượng H2 thấp và CO cao hơn thì có thể ứng dụng để tổng hợp hóa học

2.1.2.2 Quá trình tạo khí than ướt dùng hơi nước

2.1.2.2.1 Bản chất của quá trình

Khí than ướt là sản phẩm nhận được của quá trình khí hóa than nếu tác nhân khí hóa là hơi nước Trong vùng ôxy hóa sẽ tiến hành các phản ứng sau:

C + H2O = CO + H2 - 125788 (kj) (5)

C + 2H2O = CO2 + 2H2 - 84594 (kj) (6)

CO + H2O = CO2 + H2 + 41235 (kj) (7)

C + CO2 = 2CO - 167023 (kj) (8)Phản ứng phân hủy hơi nước kèm theo thu nhiệt, cho nên nhiệt độ càng cao thì phản ứng phân hủy hơi nước càng mảnh liệt và chủ yếu là theo phản ứng (5) Sự phân hủy này còn phụ thuộc vào hoạt tính của nhiên liệu Khí CO2 thu được ở các phản ứng (6) và (7) sẽ tác dụng với than cốc nung đỏ ở vùng khử nằm phía trên vùng khí hóa để tạo thành khí CO

Do phản ứng khí hóa bằng hơi nước là phản ứng thu nhiệt mạnh nên hơi nước đưa vào lò cần phải có nhiệt độ cao để thực hiện điều đó, có thể sử dụng các biện pháp sau:

a Phương pháp gián đoạn

Nung nóng các lớp than trong lò bằng cách đưa không khí vào lò trước để thực hiện phản ứng cháy, làm cho lớp than bị nóng đỏ lên, có nhiệt độ cao, sau đó mới đưa hơi nước vào để thực hiện phản ứng khí hóa

Khi đưa không khí vào, trong lò xảy ra phản ứng cháy toả nhiệt mạnh:

C + O2 = CO2 + 94.250 kcal/kmol2C + O2 = 2CO + 52.285 kcal/kmolLúc này nhiệt độ lò sẽ cao, nhiệt được giữ lại ở trong các lớp than của lò

Ngừng đưa không khí, đồng thời chuyển hơi nước vào lò lúc lò đang có nhiệt độ cao

Phản ứng khí hóa than với hơi nước sẽ xảy ra:

C + H2O → H2 + CO - QSản phẩm khí lúc này chứa chủ yếu CO và H2, đồng thời nhiệt được tích lũy từ trước sẽ bị tiêu hao dần làm cho nhiệt độ trong lò hạ xuống, tốc độ phân hủy hơi nước giảm dần Lúc này phải đình chỉ việc đưa hơi nước vào lò và lại tiếp tục tiến hành đưa không khí vào lò để duy trì phản ứng cháy, toả nhiệt cung cấp nhiệt cho quá trình khí hóa tiếp theo Các quá trình này phải tiến hành gián đoạn và lặp lại theo những chu kỳ nhất định với các tác nhân không khí - hơi nước - không khí,

b Phương pháp liên tục

Không cần nung nóng các lớp than trong lò trước mà tiến hành đưa ngay hỗn hợp hơi nước và chất gia nhiệt dạng khí có nhiệt độ cao

1100 ÷ 1150 0C vào lò và nhờ nhiệt lượng của nó mà có được nhiệt lượng cần thiết cho phản ứng khí hóa thu nhiệt.

Quá trình sản xuất theo phương pháp này tiến hành liên tục

Trong số hai phương pháp trên, phương pháp sản xuất gián đoạn theo chu kỳ không khí - hơi nước - không khí được dùng phổ biến hơn cả Các phương pháp sản xuất liên tục cho sản phẩm khí tốt nhưng áp dụng hạn chế vì phức tạp, đắt tiền và giá thành cao

Cần chú ý là nếu tăng cao nhiệt độ của lớp than bằng cách tăng cường quá trình cháy khi thổi gió vào lò thì đồng thời với phản ứng oxy hóa tăng nhanh lại kèm theo phản ứng khử CO2 thành CO cũng tăng nhanh, kết quả là làm nhiệt độ của lớp than nguội đi và đồng thời cũng gây tổn thất cacbon Hiệu suất tổng cộng của quá trình khí hóa đạt đến một giá trị cực đại chỉ trong những điều kiện nhiệt độ thích hợp nào đó chứ không phải nhiệt độ càng cao càng tốt

Đặc trưng cho điều kiện nhiệt độ của lò là cường độ thổi không khí và hơi nước trên toàn bộ tiết diện ngang của lò Trong các lò sản xuất khí than ướt gián đoạn, đường kính trong của lòng lò từ 3 đến 3,6 m, vận tốc không khí thổi vào hợp lý nhất khi khí hóa than antraxit thường là 0,7

÷ 0,8 m/s, khi dùng than cốc cao cấp thường là 1,5 m/s Vận tốc hơi nước thường là 0,2 ÷ 0,25 m/s, có khi tới 0,3 m/s

Các phản ứng phân huỷ hơi nước là phản ứng thu nhiệt nên nhiệt

độ của các lớp than trong lò ngày càng giảm đi và do đó mức độ phân huỷ hơi nước giảm xuống rất nhanh, phẩm chất khí ngày càng xấu đi Sự thay đổi này có thể thấy rõ trong bảng dưới đây

Để khắc phục sự dao động về thành phần khí sản phẩm, xu hướng chung là rút ngắn thời gian các pha đến mức có thể và thay đổi luân phiên giữa hai pha rất nhanh.

Mặt khác để sử dụng toàn bộ nhiệt tích trữ trong các lớp than của

lò, người ta thường thổi gió lạnh vào theo kiểu: gió lạnh vào từ dưới lên rồi lại cho từ trên xuống Tất cả các pha như vậy tạo thành một chu trình, mỗi chu trình bao gồm các pha như sau:

Pha 1: thổi không khí từ dưới lên với mục đích để tạo nhiệt trong các lớp than

Khí thoát ra có thành phần gần như không khí, sẽ được thải ra hoặc sử dụng vào mục đích khác

Pha 2: thổi hơi nước từ dưới lên để đuổi các sản phẩm trong pha 1 còn lưu lại trong lò, ngăn ngừa ảnh hưởng làm bẩn hơi nước của pha sau Thời gian cho pha này rất ngắn

Pha 3: thổi hơi nước từ dưới lên để tạo sản phẩm khí than ướt Sản phẩm được dẫn vào bể chứa khí để sử dụng

Pha 4: thổi hơi nước từ trên xuống nhằm tạo thêm sản phẩm khí than ướt, tận dụng nhiệt còn tích lại trong các lớp trên của lò Sản phẩm cũng được dẫn vào bể chứa để sử dụng.

Pha 5: thổi hơi nước từ dưới lên nhằm tạo thêm sản phẩm khí than ướt của pha trước, thu vào bể chứa và còn để tạo điều kiện an toàn cho pha sau Sản phẩm cũng được dẫn vào bể chứa để sử dụng

Pha 6: thổi không khí từ dưới lên để đẩy hết khí than ướt còn lưu lại phía trên của lò Sản phẩm vét này cũng được đưa vào bể chứa để sử dụng

Hình 2.2 : Sơ đồ chế tạo khí than ướt theo phương pháp liên tục

Qua từng pha như vậy, thành phần khí sản phẩm cũng thay đổi liên tục ( xem bảng dưới)

Việc thay đổi liên tục các pha này có thể được thực hiện bằng tay

hoặc tự động

Khi điều khiển bằng tay chỉ cần 4 pha, bỏ pha 2 và pha 4 Tổng số

thời gian cần thiết cho một chu trình khi điều khiển bằng tay có thể cần

đến 9 ÷ 12 phút, nếu điều khiển bằng phương pháp nửa tự động có thể

cần 5 ÷ 7 phút, còn khi điều khiển tự động chỉ cần 3 ÷ 4 phút

2.1.2.2.2 Thành phần khí than ướt từ than antraxit

Bảng 2.4 : Thành phần khí than ướt từ than antraxit [13]

6

2490

2.1.2.2.3 Một số đặc điểm của quá trình sản xuất khí than ướt

Lò khí hóa than dùng gió hơi nước có hiệu suất khí hóa thực tế η

đạt 50 ÷ 60%

Như vậy nếu tính tổng số mất mát do than phải qua quá trình cháy

(để cấp nhiệt cho phản ứng khử) theo xỉ và thất thoát ra môi trường xung

quanh (khoảng 5%) thì cứ 100 kg nguyên liệu chỉ còn 50 ÷ 60 kg than

tham gia phản ứng C + H2O để sản xuất khí than ướt sản phẩm