ĐỀ TÀI tốt nghiệp Công nghệ hoá khí than ( có slied trình chiếu)

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 x

LỜI CẢM ƠN

Em xin dành trang đầu tiên của đồ án để tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý

Thầy, Cô - những người đã hết lòng dạy dỗ, truyền đạt những tri thức khoa học và kinh nghiệm quý báu để em có được ngày hôm nay

Trước hết, em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Thanh Sơn đã trực tiếp chỉ bảo

và hướng dẫn em thực hiện đề tài này

Em xin cảm ơn các Thầy, Cô đã hỗ trợ về mặt tư liệu để em có điều kiện hoàn thành tốt đồ án

Sau cùng tôi xin chân thành cảm ơn tất cả bạn bè đã động viên, giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn trong suốt thời gian thực hiện đồ án này

Do thời gian thực hiện đề tài còn hạn chế, quá trình thực hiện đề tài gặp nhiều khó khăn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em xin chân thành đón nhận những ý kiến đóng góp của quý thầy cô cũng như các bạn

Đà Nẵng, ngày 29 tháng 05 năm 2009

Sinh viên thực hiện Lương Thế Huy

LỜI NÓI ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Năng lượng trong thế kỹ XXI đang là vấn đề nóng hổi trên toàn cầu Khi nguồn nhiên liệu dầu và khí đốt dự báo sẽ cạn kiệt trong vòng 50 đến 60 năm tới, dẫn đến giá dầu, khí ngày một tăng cao và do đó nó làm cho nhiều ngành sản xuất phụ thuộc nhiều vào nguồn nhiên liệu này phải lao đao đặc biệt là ở những quốc gia nhập khẩu dầu, khí

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

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

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, Nhật-

Úc, Mỹ

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 60-300MW 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 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

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 là 40lò

- Lò sinh khí than cám kiểu Kopperxa-Totxeka Tổng số lò đã được đưa vào sử dụng là 50 lò

Đức là nước đã có công lớn trong nghiên cứu phát triển công nghệ chế biến than, trong đó có công nghệ hoá khí than Nghiên cứu và phân tích các công trình công nghệ hoá khí than cho thấy, lò sinh khí có triển vọng nhất là loại lò sinh khí đã thực hiện được các nguyên lý công nghệ sau:

- Sử dụng lò phản ứng nhiệt tự động một tầng

- Sử dụng nhiên liệu có độ hạt bé, thường là từ 100 micron trở xuống

- Sử dụng áp suất cao, thường là 3 MPa Kinh nghiệm cho thấy, nếu tăng áp suất lên cao hơn sẽ không đạt hiệu quả, đồng thời sẽ dẫn đến làm cho cấu tạo lò thêm phức tạp

và giảm độ tin cậy

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÷11000C, 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

φ3600 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

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, NH4NO3 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 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

Loại nhiên liệu

Hiệu suất sử dụng thiết bị

Khối lượng sử dụng nhiệt

tương đương với Gas

Gas,LPG DO FO Than đá Than cám

loại nhiên liệu

+ Khi chuyển từ dùng Gas sang dùng dầu FO thì chi phí còn 71,9 %

+ Khi chuyển từ dùng Gas sang dùng dầu DO thì chi phí còn 52,3 %

+ 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 Tiềm năng than Việt Nam

Đất nước chúng ta được thiên nhiên ưu đãi về tài nguyên thiên nhiên và khoáng sản Trữ lượng than rất lớn và phân bố tương đối đồng đều trên toàn quốc

Than ở Việt Nam có 5 loại chính:

Trữ lượng than đá được đánh giá là 3,5 tỷ tấn trong đó ở vùng Quảng Ninh trên 3,3 tỷ tấn (tính đến độ sâu: 300m), còn lại gần 200 triệu tấn nằm rải rác ở các tỉnh: Thái nguyên, Hải Dương, Bắc giang,

a Than antraxit Quảng Ninh: than ở Quảng Ninh được phân theo các vùng và

Qua bảng trên ta nhận thấy:

- Cấp A+B: 466 triệu tấn, chiếm 14%

- Cấp C1: 1.813 triệu tấn, chiếm 54,5%

- Cấp C2: 1.046 triệu tấn, chiếm 31,5%

Như vậy, cấp A+B/A+B+C1 chỉ chiếm 20,4%, chưa đạt 50%, thể hiện mức độ tin cậy chưa cao, nhiều khoáng sàng cần phải thăm dò bổ sung trước khi đầu tư hoặc khai thác

Bể than Quảng Ninh được phát hiện và khai thác rất sớm, đã bắt đầu cách đây gần

100 năm dưới thời thuộc Pháp Hiện nay và có lẽ trong tương lai, sản lượng than khai thác

từ các mỏ ở bể than Quảng Ninh chiếm khoảng 90% sản lượng than toàn quốc

Trong địa tầng chứa than của bể than Quảng Ninh gồm rất nhiều vỉa than:

- Dải phía Bắc (Uông Bí-Bảo Đài) có từ 1 đến 15 vỉa, trong đó có 6 đến 8 vỉa có giá trị công nghiệp

- Dải phía Nam (Hòn Gai, Cẩm Phả) có từ 2 đến 45 vỉa, có giá trị công nghiệp

là 10 đến15 vỉa

Phân loại theo chiều dày, của bể than Quảng Ninh:

- Vỉa rất mỏng < 0,5m chiếm 3,57% tổng trữ lượng

- Vỉa mỏng: 0,5-1,3 m, chiếm 27%

- Vỉa trung bình: 1,3 - 3,5m chiếm 51,78%

- Vỉa dày > 3,5-15m chiếm 16,78%

- Vỉa rất dày > 15m chiếm 1,07%

Tính chất đặc trưng của than Antraxit tại các khoáng sàng bể than Quảng Ninh

là kiến tạo rất phức tạp, tầng chứa than là những dải hẹp, đứt quãng dọc theo phương của vỉa, góc dốc của vỉa thay đổi từ dốc thoải đến dốc đứng (90 - 510) Các mỏ than có nhiều vỉa, với cấu tạo và chiều dày vỉa thay đổi đột ngột

Đối với việc khai thác than ở bể Quảng Ninh trước đây, có thời kỳ sản lượng lộ thiên đã chiếm đến 80%, tỷ lệ này dần dần đã thay đổi, hiện nay còn 60%, trong tương lai sẽ còn xuống thấp hơn Vì các mỏ lộ thiên lớn đã và sẽ giảm sản lượng, đến cuối giai đoạn 2015 - 2020 có mỏ không còn sản lượng, các mỏ mới lộ thiên lớn sẽ không

có, nếu có là một số mỏ sản lượng dưới 0,5-1 tr.t /n Tỷ lệ sản lượng than hầm lò tăng, nói lên điều kiện khai thác khó khăn tăng,chi phí đầu tư xây dựng và khai thác tăng, dẫn tới giá thành sản xuất tăng cao Cho nên, tuy trữ lượng địa chất của bể than Quảng Ninh là trên 3 tỷ tấn, nhưng trữ lượng kinh tế là 1,2 tỷ tấn và trữ lượng công nghiệp đưa vào quy hoạch xây dựng giai đoạn từ nay đến 2010 - 2020 mới ở mức 500 - 600 triệu tấn Mức độ khai thác xuống sâu là -150m Còn từ -150m đến -300m cần phải tiến

hành thăm dò địa chất, nếu kết quả thăm dò thuận lợi, thiết bị và công nghệ khai thác tiên tiến, việc đầu tư cho mức dưới -150m sẽ được xem xét vào sau năm 2020

sản lượng khai thác tối đa hợp lý cũng chỉ nên là 15 tr.t/n ở giai đoạn 2010 - 2015

b Than Antraxit ở các vùng khác

Có nhiều trữ lượng than đá antraxit khác nằm rải rác ở các tỉnh: Hải Dương, Bắc Giang, Thái Nguyên, Sơn La, Quảng Nam,… với trữ lượng từ vài trăm nghìn tấn đến vài chục triệu tấn Ở các nơi này, quy mô khai thác thường từ vài nghìn tấn đến 100-200 ngh.t/n Tổng sản lượng hiện nay không quá 200 ngh.t/n

Than mỡ được dùng chủ yếu cho ngành luyện kim với nhu cầu rất lớn sau năm

2000, nhưng trữ lượng than mỡ ở ta lại rất ít, điều kiện khai thác rất khó khăn.Sản lượng than mỡ khó có khả năng cao hơn 0,2÷0,3 tr.T/n, trong khi nhu cầu sẽ tăng đến

5÷6 tr.T/n vào giai đoạn 2010-2020

khai thác thủ công là chính, sản lượng khai thác hiện nay được đánh giá là chưa đến 10 vạn T/n Khai thác than bùn làm chất đốt hay làm phân bón đều không có hiệu quả cao, mặt khác việc khai thác than sẽ ảnh hưởng đến môi trường, môi sinh trong vùng, nhất

là ở vùng đồng bằng sông Cửu Long, bên cạnh đó điều kiện khai thác, vận chuyển tiêu thụ, chế biến sử dụng than bùn cũng gặp không ít khó khăn

1.2.2.4 Than ngọn lửa dài

Chủ yếu tập trung ở mỏ Na Dương (Lạng Sơn), với trữ lượng địa chất trên 100 triệu tấn Hiện nay khai thác được thực hiện bằng phương pháp lộ thiên, than khai thác chủ yếu phục vụ sản xuất xi măng ở Hải Phòng và Bỉm Sơn với sản lượng trên dưới

100 nghìn tấn/năm Nhưng do nhà máy Xi măng Hải Phòng sẽ ngừng hoạt động, nhà máy xi măng Bỉm Sơn được cải tạo với công nghệ mới, nên không dùng than Na Dương từ 1999 trở đi Than Na dương là loại than có hàm lượng lưu huỳnh cao, có tính

tự cháy, nên việc khai thác, vận chuyển, chế biến sử dụng rất khó khăn và hạn chế Do

đó, Tổng Công ty Than Việt Nam đang nghiên cứu hợp tác với nước ngoài xây dựng nhà máy điện trong vùng mỏ, để sử dụng loại than này Vì nếu không khai thác, than sẽ

tự cháy và phá huỷ nguồn tài nguyên đồng thời gây tác động xấu hơn đến môi trường

1.2.2.5 Than nâu

Tập trung chủ yếu ở đồng bằng Bắc Bộ, trữ lượng dự báo 100 tỷ tấn Theo đánh giá sơ bộ, than có chất lượng tốt, có thể sử dụng cho sản xuất điện, xi măng và công nghiệp hoá học

Nhưng để có thể khai thác được, cần tiến hành thăm dò ở khu vực Bình Minh - Khoái Châu - Hưng Yên, để đánh gía một cách chính xác trữ lượng, chất lượng than, điều kiện kiến tạo của vỉa than, nghiên cứu công nghệ khai thác thiết kế Nói chung việc khai thác than này rất khó khăn về mặt địa hình, dân cư trong vùng và về phương pháp khai thác Theo đánh giá của một số nhà nghiên cứu địa chất và khai thác, đối với than Nâu ở đồng bằng sông Hồng thì có thể đưa vào đầu tư xây dựng mỏ và khai thác từ 2015 - 2020 trở đi

1.2.3 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

Thành phần,

%

Nhiệt trị, Kj/kgnl

Giá tiền, đồng/kg

1 Giảm chi phí nhiên liệu

Giả sử công suất nhiệt cần cung cấp là 350.000kcal/h↔1.463.000kj/h thì:

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:

1.500.000.000 * 49% = 735.000.000 (đồng)

Với chi phí tiết kiệm được dùng đầu tư ban đầu vào hệ thống khí hoá than ( khoảng 1 tỉ đồng) thì từ năm thứ 2 trở đi công ty có thể thu nhập một khoản tiền lớn hơn so với khi dùng LPG

2 Giảm chi phí quạt, điện

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

2

13

)×21

Trong đó : CO, H2 , CH4 thành phần [%] thể tích các khí trong khí than

d = 19 g/kg KKK độ khô của không khí ở điều kiện bình thường

Thay các thông số vào ta có:

Vo

KT= 1,2 [m3không khí /Nm3 KT]

Dựa vào 2 kết quả tính trên ta thấy khi đốt khí than thì lượng không khí lý thuyết giảm đi rất nhiều so với khi đốt LPG (= 1,2/27*100% = 4,4 %) và hệ quả tất yếu

là chi phí cho quạt và chi phí cho điện giảm hẳn

1.3.2.2 Về mặt môi trường

một loại than cục 3 có các thông số đặc trưng cho ở bảng 3.1

Sự phát thải CO2 khi đốt theo phương pháp truyền thống

Vtt

CO2 = 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

Vkt

CO2 =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:

Tóm lại: Phương pháp chế biến than bằng cách khí hoá than sẽ mang lại cho

những nước nhập khẩu dầu, khí nhưng lại có trữ lượng than lớn nhiều lợi ích vô cùng

to lớn về mặt kinh tế cũng như môi trường

1.4 Một số quy trình khí hóa khí than được áp dụng trên thế giới hiện nay

Gần 20 năm nay, nghiên cứu khí hóa than của thế giới đã đạt được những thành tựu đáng chú ý và đã đưa ra được một số quy trình khí hóa than có hiệu quả như:

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 20000C Khí tổng hợp đi ra qua đỉnh của thiết bị sinh khí ở nhiệt độ 1500 ÷ 16000C 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:

Hình 2.1: Quá trình hóa khí than trong lò khí hóa

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 10000C thì hầu hết các khí CO2 bị khử thành khí CO, cho nên nhiệt

độ ở vùng khí hóa phải duy trì ở khoảng 10000C

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 + C Trong 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,

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 10000C

2.1.2.1.2 Thành phần của khí than khô

Bảng 2.1 :Thành phần khí than khô đi từ than cốc và than nâu.[ ]13

Thành phần khí, %V Than

CO H 2 CH 4 CO 2 N 2

Nhiệt cháy, kcal/N.m 3

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

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/kmol

2C + O2 = 2CO + 52.285 kcal/kmol

Lúc 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 - Q

Sản 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 ÷ 11500C 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

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,

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

Bảng 2.2 : Sự biến đổi thành phần khí than ướt theo thời gian thổi gió lạnh [ ]13

Thành phần trong khí than ướt (%V) sau khi bắt đầu

thổi gió lạnh được:

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)

Bảng 2.3: Sự thay đổi thành phần khí ở các pha [ ]13

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

Thành phần CO 2 H 2 S CO H 2 O 2 N 2 Q thấp , kcal/m 3

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

Đây chính là nhược điểm lớn nhất của phương pháp sản xuất khí than ướt theo phương pháp gián đoạn

2.1.2.2.4 Lĩnh vực sử dụng khí than ướt

Khí than ướt chủ yếu để tổng hợp hóa học Vì là nguyên liệu có nhiều H2 nên khí than ướt được dùng để tổng hợp NH3, hoặc làm nhiên liệu Để tiến hành tổng hợp

NH3 phải loại bỏ CO theo phương pháp dùng nước hấp thu ở 20 atm

Có thể loại trừ CO theo phản ứng chuyển hóa:

xúc tác

CO + H2O ⇔ CO2 + H2 + Q

Cr2O3 + Fe2O3

Ngoài ra khí than ướt cũng là loại nhiên liệu khí cao cấp

Nhược điểm của phương pháp là làm việc gián đoạn là hiệu suất thấp (η = 50 ÷ 60%), nhiệt độ và thành phần khí thay đổi theo thời gian, dễ gây hỗn hợp nổ trong lò

và đường ống

Phương pháp tầng cố định sản xuất khí than ướt gián đoạn đòi hỏi chất lượng nguyên liệu cao cấp như than cốc, bán cốc hay antraxit có độ bền nhiệt cao, kích thước hạt lớn Sở dĩ đòi hỏi nguyên liệu cao cấp như vậy vì nhiệt độ trong lò thay đổi rất đột ngột, từ pha nóng sang pha lạnh và ngược lại Vì vậy nếu nguyên liệu không có độ bền nhiệt cao sẽ bị vỡ vụn dưới tác dụng của sự thay đổi đột ngột nhiệt độ Ngoài ra phương pháp sản xuất khí than ướt gián đoạn cần tốc độ gió cao nên phải dùng than kích thước hạt lớn Chính vì vậy mà hạt than với kích thước hạt nhỏ hơn 35 ÷ 50 mm không thể dùng được

Do nhược điểm trên nên giá thành của sản phẩm khí than ướt sản xuất theo phương pháp tầng cố định gián đoạn tương đối cao

Tuy có những nhược điểm trên nhưng phương pháp này vẫn được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp, vì đây là phương pháp có dây chuyền sản xuất đơn giản, thiết bị rẻ tiền, dễ thiết kế thi công và vận hành không phức tạp Ở nước ta sản phẩm khí than ướt

2.1.2.3 Sản xuất khí than ướt dùng hơi nước và oxy

2.1.2.3.1 Bản chất của quá trình

Đó là phương pháp sản xuất mà gió là hỗn hợp của oxy và hơi nước

Sở dĩ trong công nghiệp đi đến phương pháp sản xuất này vì hai lý do:

- Nhiệt cháy của sản phẩm khí lẫn (chứa nhiều nitơ khi dùng không khí để khí hóa) không cao, 1200÷1400 kcal/m3 và không đáp ứng được trong một số trường hợp cần nhiệt độ cao Nếu dùng khí lẫn để đốt trong sinh hoạt thì không đạt yêu cầu kinh tế

vì phải vận chuyển một lượng lớn nitơ theo đường ống Trong trường hợp này dùng khí than ướt thì thể tích khí giảm đi nhiều

- Nếu khí sản phẩm để tổng hợp hóa học mà không cần dùng nitơ thì không nên dùng khí lẫn vì việc loại bỏ nitơ ra khỏi hỗn hợp khí là một vấn đề rất khó khăn

Các phản ứng chủ yếu xảy ra trong quá trình khí hóa với gió gồm hơi nước và oxy là:

C + O2 = 2CO + 52285 kcal/k mol C

C + H2O = CO + H2 + 31690 kcal/k mol C

Lượng oxy cần là 0,1 m3 O2 /kg C hoặc 0,38 kg O2/kg C

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

1 Phương pháp tháo xỉ rắn

Để sản xuất khí than ướt theo phương pháp này, người ta có thể dùng lò của phương pháp khí hóa tầng cố định Tác nhân khí hóa là hơi nước có pha thêm oxy kỹ thuật Xỉ thải ra dưới dạng rắn

Trong một số trường hợp do yêu cầu về thành phần hỗn hợp khí dùng cho công nghiệp và cũng có thể do tiết kiệm oxy kỹ thuật, người ta có thể pha trộn thêm không khí để điều chỉnh thành phần khí cũng như các yêu cầu sản xuất khác Bảng dưới đây trình bày thí dụ về thành phần khí sản phẩm phụ thuộc vào nồng độ oxy cấp (dùng than cốc làm nguyên liệu)

Bảng 2.5 : Thành phần khí than khi nồng độ ôxy trong gió khô thay đổi [ ]13

Nồng độ oxy trong gió khô, % Thành phần khí,

Bảng trên cho thấy khi tăng nồng độ oxy trong gió thì nồng độ CO2, H2 và CO

trong khí sản phẩm tăng, nồng độ N2 giảm, nhiệt cháy tăng Do khống chế được tỷ lệ

O2, N2, H2O trong gió nên có thể điều chỉnh được nhiệt độ lò khí hóa theo ý muốn

Phương pháp này cho phép dùng các loại than có nhiệt độ chảy mềm của tro khác

nhau, đồng thời cho phép dùng cả các loại than có độ biến tính thấp, cường độ khí hóa

tương đối cao Sản phẩm khí than ướt sản xuất bằng phương pháp này có thể dùng để

tổng hợp NH3, CH3OH, dùng để đốt các lò công nghiệp, hoặc để làm khí đốt dân

dụng

2 Phương pháp tháo xỉ lỏng

Đây cũng là phương pháp khí hóa thuộc phương pháp tầng cố định song xỉ được

tháo ra dưới dạng lỏng Gió cấp vào lò gồm hơi nước và oxy (hoặc hơi nước oxy +

không khí)

Gió cấp được đưa vào lò theo các lỗ ở chu vi đáy lò đáy lò có lỗ tháo xỉ ra

ngoài Lỗ tháo xỉ lỏng không có ghi Do gió có lẫn oxy nên nhiệt độ của quá trình khí

hóa có thể rất cao, đạt tới 1600 ÷ 17000C

Phương pháp tháo xỉ lỏng cho phép sử dụng các loại than có nhiệt độ nóng chảy của tro thấp và có hàm lượng tro cao Phương pháp này cho phép sử dụng than có kích thước hạt nhỏ (d = 5 mm) vì cường độ khí hóa rất lớn

Bảng 2.6 : So sánh thành phần khí sản phẩm của hai phương pháp tháo xỉ lỏng

và rắn, nguyên liệu là than đá bán cốc [ ]13

xỉ rắn 4 lần, như vậy tiết kiệm được hơi nước

4 Phương pháp dùng áp suất cao (p = 20 atm),tháo xỉ rắn

Điều kiện kỹ thuật của phương pháp này là p = 20 atm, nhiệt độ lò phản ứng 900 ÷

10000C, gió là oxy kỹ thuật + hơi nước, than để khí hóa có thể là than biến tính thấp

Việc tăng áp suất lò phản ứng làm tăng cường độ khí hóa

Bảng 2.7 : Cường độ khí hoá than theo áp suất khí hoá [ ]13

a Ưu điểm của phương pháp

Sản xuất dùng áp suất cao làm tăng cường độ khí hóa của lò lên 4 ÷ 5 lần Do phản ứng thực hiện ở nhiệt độ thấp (900 ÷10000C) nên không bị kết xỉ trong lò điều này cho phép dùng các loại than có nhiệt độ chảy mềm của tro thấp Tuy dùng than

kcal/m3 Ở các nhà máy sản xuất khí theo phương pháp áp suất cao, lượng oxy dùng để khí hóa 1 kg than ít hơn dùng để khí hóa ở áp suất thường từ 2 ÷ 3 lần

b Nhược điểm của phương pháp

Thiết bị phải chịu được áp suất cao dẫn đến vốn đầu tư cao

Trong phương pháp khí hóa ở áp suất cao với gió chứa oxy hơi nước và tháo xỉ rắn thì khí sản phẩm còn chứa nhiều CH4 và các loại hydrocacbon khác Nếu muốn sử dụng khí này làm nguyên liệu tổng hợp hóa học cần phải thêm công đoạn tinh chế, chủ yếu để giảm các loại hyđrocacbon

5 Phương pháp khí hóa than dưới áp lực, tháo xỉ lỏng

Đây là phương pháp khí hóa than dưới dạng bùn, áp suất cao 20 ÷30 atm, tháo

xỉ lỏng (công nghệ Texaco, Mỹ)

Bản chất phương pháp: bụi than được trộn với nước theo tỷ lệ 40/60 (hoặc 60/40) trong lượng thành dạng bùn Hỗn hợp bùn được đưa vào thiết bị bay hơi ở áp suất 20 ÷ 30 atm, nhiệt độ tương ứng là 370 ÷ 5400C Hơi nước kéo theo bụi than vào

lò khí hóa Khí oxy kỹ thuật được đưa vào lò và quá trình khí hóa xảy ra Xỉ tháo ra ở dạng lỏng, nhiệt độ lò 1600 ÷17000C

Khí thu được có thành phần: CO2 = 10 ÷ 25%; CO + H2 = 74 ÷ 89%; CH4 = 1%

Tiêu hao oxy là 350 m3 cho 1000 m3 khí sản phẩm Hệ số tác dụng hữu ích 80

Các phương pháp khí hóa than theo công nghệ Shell, Preflo cũng là những phương pháp khí hóa dưới áp lực và tháo xỉ lỏng nhưng có khác phương pháp đã mô tả

về một số điều kiện kỹ thuật công nghệ, đặc biệt là cách nạp than nguyên liệu Trong các phương pháp này than nạp vào lò ở dạng bụi khô

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

2.1.3.1 Ảnh hưởng của áp suất

Quá trình khí hóa xảy ra ở áp suất nhất định Thực tế thì để quá trình hóa khí hoạt động thì áp suất tối thiểu phải là 10bar và có thể đạt đến 100bar

Ở áp suất cao cực độ, như việc tổng hợp amoniăc ( 130 – 150bar ) hay như quá trình hóa khí ở áp suất ở áp suất 70 – 100bar trở lên thì không thực tế cho yêu cầu thiết

bị Ở áp suất quá cao thì kích thước thiết bị sẽ lớn cũng như việc lựa chọn vật liệu làm

lò hóa khí trở nên khó khăn dẫn đến chi phí kinh tế sẽ rất cao

Vì vậy việc lựa chọn áp suất cho quá trình hóa khí là tùy thuộc vào yêu cầu của quá trình hay thiết bị và mục đích sử dụng cuối cùng sao cho chi phí đầu tư là thấp nhất

Hình 2.3 : Sự thay đổi thành phần khí tổng hợp khi áp suất thay đổi ứng với nhiệt độ

1000 0 C [12]

Qua đồ thị hình 2.3 ta có thể nhận thấy được ở 10000C khi áp suất càng tăng lên thì thành phần của khí CO và H2 trong khí tổng hợp sẽ giảm xuống trong khi đó thành phần của CO2, CH4 và H2O lại tăng lên.Như vậy ở mỗi giá trị áp suất nhất định thì thành phần khí tổng hợp sẽ thay đổi khác nhau

Như vậy tùy thuộc vào sản phẩm khí ra theo yêu cầu cần sử dụng mà ta chọn một giá trị áp suất nhất định tương ứng với mỗi kiểu công nghệ hóa khí than thích hợp

2.1.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ của quá trình hóa khí nhìn chung được lựa chọn trên cơ sở của trạng thái tro ( trạng thái dưới điểm mềm của tro và trên điểm nóng chảy của xỉ ) Đối với than điểm nóng chảy của tro rất cao, đó là sự thuận lợi để thêm chất khí hóa vào than

để giảm nhiệt độ nóng chảy của tro xuống Hóa khí ở nhiệt độ cao sẽ làm tăng lượng oxy tiêu thụ của quá trình và sẽ giảm toàn diện hiệu suất của quá trình hóa khí Vì vậy trong quá trình hóa khí ta luôn đảm bảo nhiệt độ trong lò không được vượt quá giá tri cho phép

Các quá trình hóa khí hiện đại đều hoạt động ở áp suất 30bar và nhiệt độ trên

13000C Ở điều kiện như vậy có tác dụng làm tăng giá trị sản xuất khí tổng hợp với thành phần mêtan giảm xuống Trong trường hợp này thì nhiệt độ cao là cần thiết, đồng thời để quá trình hóa khíthuận lợi hơn người ta còn sử dụng thêm chất xúc tác trong quá trình phản ứng

Hình 2.4 : Sự thay đổi thành phần khí tổng hợp khi nhiệt độ thay đổi với áp suất 30bar [12]

Qua đồ thị hình 2.4 ta có thể thấy rằng với sự tăng lên của nhiệt độ thì khí sinh

ra có lượng CO tăng lên, trong khi đó các thành phần CO2, H2O, CH4, lại giảm xuống

2.1.3.3 Ảnh hưởng của nhiên liệu

2.1.3.3.1 Độ ẩm của nhiên liệu

thành nhiên liệu khí bằng quá trình khí hóa thường phải thực hiện sấy sơ bộ Nói chung nếu độ ẩm của nhiên liệu khoảng 50-60% thì nhiệt độ khí ra khỏi lớp nhiên liệu thường thấp, nếu nhiệt độ ấy chỉ đạt 80-900C thì sẽ tương ứng với nhiệt độ điểm sương và ngưng tụ hơi nước và nhựa than xuất hiện, quá trình khí hóa bị cản trở Nếu tăng chiều cao của lò khí hóa thì có thể tận dụng nhiệt sấy các loại nhiên liệu có độ ẩm cao

Hình 2.5 : Ảnh hưởng của chiều cao và độ ẩm của nhiên liệu đến quá trình khí hóa

dễ xuất hiện sự ngưng tụ hơi nước và nhựa than Nếu chiều cao đạt yêu cầu và độ ẩm của nhiên liệu không lớn thì nhiên liệu được đốt nóng tới nhiệt độ gần bằng nhiệt độ của khí lúc ra khỏi vùng khí hóa và nhiệt độ của khí lúc ra khỏi lớp nhiên liệu sẽ cao hơn nhiệt độ điểm sương nghĩa là hơi nước trong khí ở trạng thái hơi quá nhiệt (hình 3.4a) Cũng trong điều kiện đó, nếu tăng chiều cao lớp nhiên liệu(hình3.4b) thì nhiệt độ khí ra khỏi lớp nhiên liệu bị hạ thấp không đáng kể và vùng nhiệt độ cao bị kéo dài ra Ngược lại nếu chiều cao lớp nhiên liệu bị giảm đáng kể (hình 3.4c) thì nhiệt độ khí ra khỏi lớp nhiên liệu sẽ tăng cao vì lượng nhiệt yêu cầu cung cấp cho vùng sấy giảm xuống Như vậy, mật lượng hơi ẩm đáng kể đi cùng nhiên liệu vào vùng khí hóa sẽ làm giảm nhiệt độ của vùng này Kết quả làm giảm chất luợng khí than vì trong thành phần