Nghiên cứu động học của phản ứng khí hóa cacbon bằng hơi nước trong công nghiệp sản xuất đạm ure

Nghiên cứu động học của phản ứng khí hóa cacbon bằng hơi nước trong công nghiệp sản xuất đạm ure Nghiên cứu động học của phản ứng khí hóa cacbon bằng hơi nước trong công nghiệp sản xuất đạm ure Nghiên cứu động học của phản ứng khí hóa cacbon bằng hơi nước trong công nghiệp sản xuất đạm ure luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT ĐẠM URE

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT HÓA HỌC

Hà Nội - 2017

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Nguyễn Trường Giang

ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG

KHÍ HÓA CACBON BẰNG HƠI NƯỚC TRONG

CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT ĐẠM URE

CHUYÊN NGHÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS PHẠM NGỌC ANH

Hà Nội - 2017

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn : Nguyễn Trường Giang

Đề tài luận văn: Nghiên cứu động học của phản ứng khí hóa cacbon bằng hơi

nước trong công nghiệp sản xuất đạm Ure

Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học

Mã số SV: CB140025

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày… ………… với các nội dung sau:

………

……… ………

……… ………

……… ………

……… ………

……… ……

………

Ngày……tháng……năm 2017

Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thiện chương trình và thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp, tác giả đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn nhiệt tình của các quý Thầy, Cô của Viện Kỹ thuật Hóa học, Đại học Bách Khoa Hà Nội và đặc biệt là các Thầy, Cô của Bộ môn Máy và Thiết bị Công nghiệp Hóa chất

Với đề tài " Nghiên cứu động học của phản ứng khí hóa cacbon bằng hơi

nước trong công nghiệp sản xuất đạm Ure ", tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy

giáo hướng dẫn TS Phạm Ngọc Anh đã giành thời gian và tâm huyết để hướng

dẫn tác giả thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp này

Đồng thời tác giả xin cảm ơn các Thầy, Cô của Viện Kỹ thuật Hóa học đặc biệt là các thầy cô đã dạy và hướng dẫn tác giả trong thời gian tác giả học tại trường, đã tạo điều kiện tốt nhất để tác giả học tập và hoàn thiện tốt khóa học

Tác giả xin cảm ơn gia đình và các bạn trong lớp 14B-KTHH đã tạo điều kiện, giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và hoàn thành tốt luận văn

Nguyễn Trường Giang

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác, trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ trong luận văn

Tác giả

Nguyễn Trường Giang

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC HÌNH 8

DANH MỤC BẢNG 9

MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẠM URE 12

1.1 Lịch sử phát triển 12

1.2 Tính chất 12

1.2.1 Tính chất vật lý 12

1.2.2 Tính chất hóa học 14

1.3 Ứng dụng 16

1.3.1 Trong công nghiệp 16

1.3.2 Sử dụng trong phòng thí nghiệm 18

1.3.3 Sử dụng y học 18

1.3.3.1 Thuốc: 18

1.3.4 Sử dụng trong chẩn đoán khác 18

1.4 Những nét nổi bật về phân Urê 19

1.4.1 Ưu điểm của Urê 19

1.4.2 Cách sử dụng phân urê hiệu quả nhất 20

1.4.3 Phân đạm ure cần thiết cho cây trồng: 21

1.5 Thị trường Urê trên thế giới và Việt Nam 22

1.5.1 Nhu cầu và khả năng đáp ứng phân urê tại Việt Nam 22

1.5.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ urê trên thế giới 22

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ HÓA THAN VÀ ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG 24

2.1 Tổng quan về khí hóa than: 24

2.1.1 Phân loại công nghệ 24

2.1.2 Những thông số đặc trưng của than, dùng trong công nghệ khí hóa 30

2.1.3 Công nghệ chuẩn bị nguyên liệu cho tổng hợp NH3 từ khí hóa than: 32

2.1.4 Những phản ứng cơ bản trong quá trình khí hóa than 33

2.1.5 Khí hóa than lý tưởng 35

2.2 Nguyên lý hóa lý của quá trình khí hóa 36

2.2.1 Vấn đề cân bằng của phản ứng 36

2.2.2 Vấn đề động học của phản ứng 40

2.2.2.1 Phản ứng than với oxy 40

2.2.2.2 Phản ứng than với hơi nước 41

2.2.2.3 Phản ứng than với CO2 41

2.2.2.4 Phản ứng giữa than với hydro 42

2.2.2.5 Phản ứng CO với hơi nước 42

2.2.2.6 Phản ứng metan với hơi nước 43

CHƯƠNG 3 : MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH KHÍ HÓA THAN TRONG THIẾT BỊ KHÍ HÓA SHELL 44

3.1 Các phản ứng trong lò khí hóa than Shell (SCGP): 45

3.2 Tính toán các thông số và thiết lập mô hình động học: 47

3.2.1.Cân bằng chất: 49

3.2.2.Cân bằng nhiệt: 50

3.3 Phát triển mô hình khí hóa: 57

3.4 Kết quả và thảo luận: 64

3.4.1 Kiểm định mô hình: 64

3.4.2 Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ oxy/than đến các thông số khí hóa 69

3.4.3.Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ hơi nước với than đến các thông số khí hóa 71

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TÍNH KIỂM TRA LÒ KHÍ HÓA CACBON 74

4.1 Tính toán độ chuyển hóa cacbon trong lò khí hóa: 76

4.2 Thành phần khí tổng hợp của lò khí hóa than Shell: 78

4.3 Thể tích lò khí hóa than Shell: 79

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

HCTG Hợp chất trung gian

FAO Tổ chức lương thực và nông nghiệp liên hợp quốc

Shell lò khí hóa than cám của hãng Shell

ĐHB Công ty cổ phần Phân đạm và hóa chất Hà Bắc

At Diện tích mặt cắt ngang lò khí hóa (cm2)

Cpg, Cpc Nhiệt dung riêng của khí và rắn tương ứng (cal/g.K)

g Gia tốc trọng trường (cm/s2)

hc Hệ số truyền nhiệt đối lưu giữa khí và rắn (cal/ cm2.K.s)

Hloss,g-w Nhiệt trao đổi giữa khí và lò phản ứng (cal/ cm.s)

∆Hk Nhiệt của phản ứng thứ k (cal/g)

ρc, ρg Khối lượng riêng của rắn và khí (g/ cm3)

ɼ Năng suất than (g/s cm3)

DANH MỤC CÁC HÌNH

2.1 Sơ đồ thể hiện nguyên liệu và các sản phẩm của quá trình khí hóa 25

2.4 Các chỉ số cho biết thành phần % chất bốc - theo tổng số gốc cháy 32 2.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất tới nồng độ CO ở trạng thái cân bằng 38 3.1 Sơ đồ công nghệ khí hóa than Shell (Shell Coal Gasification Process) 44

3.4 Cơ sở tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng lò khí hóa 48 3.5 Ảnh hưởng của lưu lượng hơi nước, lưu lượng Oxy tới thành phần khí

3.14 Ảnh hưởng của tỷ lệ oxy/than đến độ chuyển hóa carbon 70 3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ oxy/than đến thành phần của sản phẩm khí 71 3.16 Ảnh hưởng của tỷ lệ hơi nước với than đến độ chuyển hóa carbon 72

3.17 Ảnh hưởng của hơi nước đến thành phần khí sản phẩm 72 4.1 Sơ đồ sản xuất đạm từ than của dây chuyền mới ( dây chuyền 2) ĐHB 74

DANH MỤC BẢNG

Trang

1.1: Thành phần đặc tính của urê 13

1.2 : Tỷ lệ % lượng urê mất đi do sự bay hơi khí ammonia theo nhiệt độ đất 20

1.3 : Tỷ lệ % lượng urê mất đi do sự bay hơi ammonia theo độ pH của đất 21

1.4: Tiêu thụ phân bón toàn cầu 2007/08 đến 2011/12 21

1.5: Nhóm 10 nước tiêu thụ phân bón lớn nhất toàn cầu 2011/2012 23

2.1: Công thức tính Kp của một số phản ứng 40

3.1: Nhiệt trị và emtanpi các chất khí hóa 51

3.2: Dữ liệu than Quảng Ninh sử dụng cho nghiên cứu 70

4.1: Kết quả phân tích thành phần than Quảng Ninh tại Công ty ĐHB 76 4.2: Kết quả phân tích thành phần xỉ tại Công ty ĐHB 77 4.3: Thành phần các khí trong khí than tổng hợp 78

4.4 : Các nguyên liệu và sản phẩm lò khí hóa than Shell: 79

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Khí hóa than là phương pháp toàn diện và sạch nhất để chuyển hóa than, một nguồn nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có với trữ lượng khổng lồ ở nhiều nơi trên thế giới, thành các nguyên liệu hoá chất quan trọng như CO, H2, và các dạng năng lượng như nhiệt năng, điện năng Công nghệ khí hóa than còn mang lại ích lợi lớn về mặt môi trường trong việc sử dụng than, nhờ khả năng làm sạch đến 99% các tạp chất gây ô nhiễm trong khí than Ví dụ, lưu huỳnh trong than có thể được chuyển thành dạng

H2S và được thu giữ hoặc chuyển hóa thành lưu huỳnh thương phẩm Tương tự, Nitơ có trong khí than sẽ được chuyển hóa thành Amoniac và chất này có thể được dùng để sản xuất phân bón hoặc các hoá chất khác

Chính vì vậy, để nâng cao năng suất, ta cần phải nghiên cứu động học của phản ứng khí hóa than, đặc biệt là phản ứng khí hóa cacbon bằng hơi nước với những ưu điểm của nó Trên hết, từ việc tìm ra mô hình động học của phản ứng, ta

có thể ứng dụng để tính kiểm tra lò khí hóa than trong công nghiệp sản xuất đạm ure cụ thể tại Công ty cổ phần Phân đạm và hóa chất Hà Bắc

2 Mục đích nghiên cứu

Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về động học phản ứng khí hóa cacbon bằng hơi nước, xây dựng mô hình động học của phản ứng và ứng dụng để kiểm tra lò khí hoá cacbon

3 Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Cơ sở khoa học của đề tài: tiến hành các nghiên cứu động học của phản ứng khí hóa cacbon bằng hơi nước: C + H2O

Ý nghĩa thực tiễn: trên cơ sở các nghiên cứu động học của phản ứng khí hóa carbon bằng hơi nước xây dựng mô hình động học của phản ứng và ứng dụng để tính kiểm tra lò khí hóa than trong công nghiệp sản xuất đạm ure

4 Nội dung đề tài

Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết: trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về động học phản ứng khí hóa cacbon bằng hơi nước, từ đó xây dựng mô hình động học của phản ứng khí hóa cacbon bằng hơi nước, ứng dụng kiểm tra lò khí hoá cacbon, cuối cùng phân tích và thảo luận các kết quả đạt được

5 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm 5 chương:

- Chương 1: Tổng quan về đạm Ure

- Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết về động học phản ứng khí hóa cacbon bằng hơi nước

- Chương 3: Mô hình hóa quá trình khí hóa than trong thiết bị khí hóa Shell

- Chương 4: Ứng dụng tính kiểm tra lò khí hóa cacbon

- Chương 5: Kết luận

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẠM URE 1.1 Lịch sử phát triển

Urê được Hilaire Rouelle phát hiện vào năm 1773 và được Friedrich Woehler tổng hợp lần đầu tiên từ ammonium sulfate (NH4)2SO4 và potassium cyanate KOCN vào năm 1828 Đây là quá trình tổng hợp lần đầu một hợp chất hữu

cơ từ các chất vô cơ và nó đã giải quyết được một vấn đề quan trọng của một học thuyết sức sống

Năm 1870, urê đã được sản xuất bằng cách đốt nóng cácbamatamôn trong một ống bịt kín Điều này là nền tảng cho công nghệ sản xuất urê công nghiệp sau này

Cho tới những năm đầu thế kỷ 20 thì urê mới được sản xuất trên quy mô công nghiệp nhưng ở mức sản lượng nhỏ Sau đại chiến thế giới thứ II, nhiều nước

và hãng đã đi sâu cải tiến quy trình công nghệ để sản xuất urê Những hãng đứng đầu về cung cấp chuyển giao công nghệ sản xuất urê trên thế giới như: Stamicarbon (Hà Lan), Snamprogetti (Italia), TEC (Nhật Bản)…Các hãng này đưa ra công nghệ sản xuất urê tiên tiến, mức tiêu phí năng lượng cho một tấn sản phẩm urê rất thấp

1.2 Tính chất

1.2.1 Tính chất vật lý

Urê có công thức phân tử là CON2H4 hoặc (NH2)2CO

Tên quốc tế là Diaminomethanal Ngoài ra urê còn được biết với tên là carbamide, carbonyl diamide Urê màu trắng, dễ hòa tan trong nước, ở trạng thái tinh khiết nhất urê không mùi

Bảng 1.1: Thành phần đặc tính của urê

Dạng tinh thể và dạng bề ngoài Dạng kim, lăng trụ, tứ giác

Độ hòa tan trong nước ở 200C 108g/100ml

Độ ẩm tương đối

81% (200C) 73% (300C)

Tính chất hút ẩm, kết tảng của Urê

Urê là chất dễ hút ẩm từ môi trường xung quanh tại một nhiệt độ nhất định ứng với áp suất riêng phần của hơi nước trong môi trường lớn hơn áp suất hơi nước trên bề mặt urê Urê sẽ hút ẩm khi độ ẩm môi trường xung quanh lớn hơn 70%, nhiệt độ 10-400C

Urê thường bị hút ẩm do hàm ẩm trong không khí cao, đặc biệt vào ngày hè, tiết trời ẩm thấp Để hạn chế việc hút ẩm, urê thường được đóng trong các bao PP,

PE hoặc trong bao giấy nhiều lớp

Qua nghiên cứu và thực tế, người ta đã xác định các nguyên nhân chủ yếu gây kết tảng urê sản phẩm:

• Hàm ẩm trong dung dịch Urê đi tạo hạt còn cao

• Hạt urê xốp, rỗng, dễ vỡ, cường độ cơ giới thấp

• Bảo quản urê ở nơi có độ ẩm không khí cao, urê bị hút ẩm

• Sản phẩm urê có kích cỡ không đồng đều, nhiều bụi và mảnh vỡ tạo cho các hạt urê có mối liên kết hàn bền vững do bụi và mảnh vỡ điền vào không gian giữa các hạt urê

Để chống kết tảng hạt urê, người ta áp dụng một số biện pháp sau:

• Bọc urê bởi một lớp paraffin mỏng ngăn chặn hút ẩm

• Sử dụng bột trợ dung đưa vào dung dịch urê trước khi tạo hạt, tăng cường lực cơ giới của hạt và hạn chế hút ẩm

• Tiêm fomanđêhyt hoặc urê fomanđêhyt vào dòng dung dịch urê trước hoặc sau hệ thống cô đặc

• Tạo urê hạt to trên một hệ thống tạo hạt tầng sôi thùng quay, làm giảm

bề mặt riêng tiếp xúc không khí của hạt urê, độ bền vững cơ giới cao

1.2.2 Tính chất hóa học

Hòa tan trong nước, nó thủy phân rất chậm để tạo thành cacbamat amôn cuối cùng phân hủy thành amoniac và điôxit cacbon Phản ứng này là cơ sở để sử dụng urê làm phân bón

Trong môi trường đất ẩm :

(NH2)2CO + 3H2O 𝑢𝑟𝑒𝑎𝑠𝑒→ CO2 + 2NH4OH Trong không khí ẩm:

2NO + (NH2)2CO + ½O2 = 2N2+ H2O + CO2

Về mặt thương mại, urê được sản xuất ra bằng cách loại nước trực tiếp

cacbamat amôn NH2COONH4 ở mức áp suất và nhiệt độ cao Người ta thu được cacbamat amôn bằng cách cho phản ứng trực tiếp NH3 với CO2 Hai phản ứng được tiến hành liên tục trong tháp tổng hợp cao áp

Ở điều kiện áp suất thường và tại điểm nóng chảy của nó, urê phân hủy thành amoniac, biuret(1), acid cyanuric (qv) (2), ammelide (3) và triuret (4) Biuret là sản phẩm phụ bất đắc dĩ chủ yếu có trong urê Nếu trong sản phẩm đạm Urê cấp phân bón mà hàm lượng biuret vượt quá 2% trọng lượng sẽ gây độc hại đối với cây trồng

Urê đóng vai trò như một chất cơ sở đơn và tạo ra các muối có các acid Cùng với acid nitric nó tạo ra nitrat urê CO(NH2)2.HNO3 và phân hủy nổ khi bị đốt nóng Urê cứng ổn định ở nhiệt độ phòng và ở điều kiện thường áp Đốt nóng ở điều kiện chân không và tại điểm nóng chảy thì nó sẽ thăng hoa mà không hề thay đổi Trong môi trường chân không ở nhiệt độ 180-1900C, urê sẽ thăng hoa và chuyển hóa thành xianua amôn NH4OCN (5) Khi urê cứng được đốt nóng nhanh trong dòng khí amoniac ở mức nhiệt độ nâng và tăng khoảng vài trăm kPa (vài at.) thì nó

sẽ thăng hoa hoàn toàn và phân hủy từng phần thành acid cyanic HNCO và xianua amôn Urê cứng hòa tan trong NH3 lỏng và hình thành hợp chất urê-amoniac hỗn hợp không ổn định CO(NH2)2NH3 phân hủy ở 450C Urê-Amoniac tạo ra các muối với các chất kim loại kiềm như NH2COHNM hoặc CO(NHM)2 Việc chuyển hóa urê thành biuret được xúc tiến ở điều kiện nhiệt độ thấp, áp suất cao và gia nhiệt kéo dài Ở điều kiện áp suất thấp 10-20 MPa (100-200 atm), khi đốt nóng cùng với

NH3 biuret sẽ tạo thành urê

Urê phản ứng với nitrat bạc AgNO3 với sự có mặt của hydroxid natri NaOH,

sẽ tạo thành chất dẫn xuất (5) màu vàng nhạt Hydroxid natri xúc tiến làm thay đổi urê sang dạng imit (6)

Sau đó phản ứng với nitrat bạc Các tác nhân oxi hóa với sự có mặt của natri hydroxidsẽ chuyển hóa urê thành nitơ và dioxid cacbon Chất sau tức là CO2 phản

ứng với hydroxid natri để tạo thành cacbonat natri (8):

NH2CONH2 + 2NaOH + 3NaOBr → N2 + 3NaBr + Na2CO3 + 3H2O

Phản ứng urê với các loại rượu sinh ra các chất este acidcacbamic thường

được gọi là urêthan:

Urê phản ứng với foocmandêhyd và tạo thành các hợp chất như

monomethylolurea công thức: NH2CONHCH2OH, dimethylolurea

HOCH2NHCONHCH2OH và các hợp chất khác phụ thuộc vào tỷ lệ mol của

fomanđêhyt đối với urê và dựa vào độ pH của dung dịch Peroxyd hydro và urê là

loại sản phẩm dạng bột tinh thể màu trắng Peroxyd urê CO(NH)2.H2O2 được người

ta biết đến với tên gọi thương phẩm là Hypersol đây là chất tác nhân oxi hóa Urê

và acid malonic phản ứng cho ra đời chất acid barbituric (7), một hợp chất chủ yếu

trong ngành hóa dược

1.3 Ứng dụng

1.3.1 Trong công nghiệp

Urê được dùng làm phân bón, kích thích sinh trưởng, giúp cây phát triển

mạnh, thích hợp với ruộng nước, cây , rau xanh, lúa… Urê cứng có chứa 0,8 ÷ 2,0%

biuret được bón trực tiếp cho đất dưới dạng nitơ Các loại dịch urê loãng hàm lượng

biuret thấp (tối đa 0,3% biuret) được dùng bón cho cây trồng dưới dạng phân bón

lá

Trộn lẫn với các chất phụ gia khác urê sẽ được dùng trong nhiều loại phân bón rắn có các dạng công thức khác nhau như photphat urê amôn (UAP); sunphat amôn urê (UAS) và urê phophat (urê + acid photyphoric), các dung dịch urê nồng

độ thuộc nitrat amôn urê (UAN) (80-85%) có hàm lượng nitơ cao nhưng điểm kết tinh lại thấp phù hợp cho việc vận chuyển lưu thông phân phối bằng hệ thống ống dẫn hay phun bón trực tiếp

Là chất bổ sung vào thức ăn cho động vật, cung cấp một nguồn đạm cố định tương đối rẻ tiền để giúp cho sự tăng trưởng

Urê được dùng để sản xuất lisin (acid amino) được dùng thông dụng trong ngành chăn nuôi gia cầm

Các loại nhựa urê được polyme hóa từng phần để dùng cho ngành công nghiệp dệt có tác dụng làm phân bố đều các thành phần ép của các chất sợi

Nguyên liệu cho sản xuất chất dẻo, đặc biệt là nhựa urê-fomanđêhyt Urê (cùng với Amoniac) phân hủy ở nhiệt độ và áp suất cao để sản xuất các loại nhựa melamin

Là chất thay thế cho muối (NaCl) trong việc loại bỏ băng hay sương muối của lòng đường hay đường băng sân bay Nó không gây ra hiện tượng ăn mòn kim loại như muối

Là một thành phần bổ sung trong thuốc lá, được thêm vào để tăng hương vị Đôi khi được sử dụng như là chất tạo màu nâu vàng trong các xí nghiệp sản xuất bánh quy

Được dùng trong một số ngành sản xuất thuốc trừ sâu

Là một thành phần của một số dầu dưỡng tóc, sữa rửa mặt, dầu tắm và nước thơm

Nó cũng được sử dụng như là chất phản ứng trong một số gạc lạnh sử dụng

để sơ cứu, do phản ứng thu nhiệt tạo ra khi trộn nó với nước

Thành phần hoạt hóa để xử lý khói thải từ động cơ diesel

1.3.2 Sử dụng trong phòng thí nghiệm

Urê là một chất biến tính prôtêin mạnh Thuộc tính này có thể khai thác để làm tăng độ hòa tan của một số prôtêin Vì tính chất này, nó được sử dụng trong các dung dịch đặc tới 10M

Nồng độ urê cũng có thể tăng trong một số rối loạn máu ác tính (ví dụ bệnh bạch cầu và bệnh Kahler)

Nồng độ cao của urê (uremia )có thể sinh ra các rối loạn thần kinh (bệnh não) Thời gian dài bị uremia có thể làm đổi màu da sang màu xám

1.3.4 Sử dụng trong chẩn đoán khác

Các loại urê chứa cacbon 14 - đồng vị phóng xạ, hay cacbon 13 - đồng vị ổn định được sử dụng trong xét nghiệm thở urê, được sử dụng để phát hiện sự tồn tại của Helicobacter pylori (H pylori, một loại vi khuẩn) trong dạ dày và tá tràng người Xét nghiệm này phát hiện enzym urease đặc trưng, được H pylori sản xuất

ra theo phản ứng để tạo ra amôniắc từ urê để làm giảm độ pH của môi trường trong

dạ dày xung quanh vi khuẩn

Các loài vi khuẩn tương tự như H pylori cũng có thể được xác định bằng

cùng một phương pháp xét nghiệm đối với động vật (khỉ, chó, mèo - bao gồm cả các loại "mèo lớn" như hổ, báo, sư tử v.v)

1.4 Những nét nổi bật về phân Urê

Trong số các sản phẩm hoá học được sử dụng phổ biến làm nguồn cung cấp phân đạm cho cây trồng như: Sulphur Ammonium (SA), Nitrat Ammonium (NH4NO3), urê… thì urê được sử dụng nhiều hơn cả vì những đặc tính vượt trội của

nó về mọi phương diện

Bằng chứng là sản lượng tiêu thụ urê (trên toàn thế giới)

Tiêu thụ

(Triệu tấn)

1.4.1 Ưu điểm của Urê

Urê có thể được dùng bón cho cây trồng dưới dạng rắn, dạng lỏng tưới gốc hoặc sử dụng như phân phun qua lá đối với một số loại cây trồng

Khi sử dụng urê không gây hiện tượng cháy nổ nguy hiểm cho người sử dụng và môi trường chung quanh (Nitrat Ammonium rất dễ gây cháy nổ)

Với hàm lượng đạm cao, 46%, sử dụng urê giảm bớt được chi phí vận chuyển, công lao động và kho bãi tồn trữ so với các sản phẩm cung cấp đạm khác

Việc sản xuất urê thải ra ít chất độc hại cho môi trường

Khi được sử dụng đúng cách, urê làm gia tăng năng suất nông sản tương đương với các loại sản phẩm cung cấp đạm khác

1.4.2 Cách sử dụng phân urê hiệu quả nhất

Nitrogen có thể bị mất đến 65% vào bầu khí quyển dưới dạng NH3 hoặc rửa trôi và ngấm xuống đất dưới dạng NO3 nếu phân urê được bón bằng cách trải trên mặt đất và để yên đó đến 24 giờ trong điều kiện không khí nóng và ẩm Những cách làm gia tăng hiệu qủa của việc sử dụng urê là bón trộn vào đất trong giai đoạn chuẩn bị đất trồng, pha với nước trong hệ thống tưới tiêu hoặc tưới nước ngay sau khi bón với lượng nước tương đương một trận mưa khoảng 6,5mm nước đủ để hòa tan urê và đưa chúng ngấm xuống đến vùng không xảy ra hiện tượng mất đạm do bốc hơi ammonia

Sự thất thoát đạm liên quan tới nhiệt độ và độ pH của đất Sự thất thoát Nitrogen trong urê tùy thuộc rất lớn vào nhiệt độ và độ pH của đất Bảng I.1 và I.2 dưới đây nói lên sự thất thoát đạm dưới dạng khí ammonia khi bón urê bằng cách trải lên bề mặt đất:

Bảng 1.3 : Tỷ lệ % lượng urê mất đi do sự bay hơi ammonia theo độ pH của đất

Ngày nay khoa học đang nghiên cứu sử dụng phân đạm dạng nhũ tương, tức

là không tưới phân trên mặt như hiện nay nữa mà sẽ đưa xuống dưới phần gốc cây sau đó cây sẽ hấp thụ đạm một cách từ từ Cách làm này nếu thực hiện tốt sẽ là một bước tiến dài trong lĩnh vực nông nghiệp

1.4.3 Phân đạm ure cần thiết cho cây trồng:

Trong quá trình phát triển của cây từ nảy mầm, đâm chồi nảy lộc đến sinh trưởng và phát triển thì cây cần hấp thụ một lượng chất dinh dưỡng nào đó đủ để phát triển Những chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng được chia thành 3 nhóm chính

• Nhóm dinh dưỡng chính (dinh dưỡng đa lượng): Gồm các chất mà cây (thực vật) cần một lượng lớn để phát triển gồm có: đạm (Nitơ), lân (photpho) và kali (K)

• Dinh dưỡng trung lượng: Canxi (Ca), Magiê (Mg), lưu huỳnh (S)

• Dinh dưỡng vi lượng: Sắt (Fe), Đồng (Cu), Mangan (Mn), Bor (B), Molypden (Mo)…

Trong đó, đạm là yếu tố quan trọng nhất giúp cây phát triển tốt, nhiều cành, thân chắc khoẻ…Urê chứa hàm lượng đạm cao nhất (46-48%) và lẫn ít tạp chất nên được lựa chọn và sử dụng

1.5 Thị trường Urê trên thế giới và Việt Nam

1.5.1 Nhu cầu và khả năng đáp ứng phân urê tại Việt Nam

Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, nhu cầu urê năm 2006 cả nước cần 1.800.000 tấn Trong nước sản xuất đáp ứng hơn 45%, sản lượng ước đạt 830.000 tấn, tăng 2,7% so với năm 2005, nhập khẩu dự tính khoảng 1.000.000 tấn, giảm 6% so với năm 2005 Dự báo năm 2007, nhu cầu phân bón các loại khoảng 7,05 triệu tấn Trong đó, urê khoảng 1,8 triệu tấn Sản xuất trong nước khoảng 4,7 triệu tấn, nhập khẩu 3,5 triệu tấn

Năm 2007, kế hoạch sản xuất của 2 nhà máy phân đạm Phú Mỹ và Hà Bắc khoảng 900.000 tấn, tăng 8,4% so với 2006, nhập khẩu khoảng 900.000 tấn, giảm 10% so với 2006 Nhà máy Đạm Cà Mau hoạt động với công suất 2350 tấn/ngày sẽ cung cấp cho thị trường 800.000tấn urê/năm

Năm 2011 thêm nhà máy Đạm Ninh Bình công suất 560.000 tấn urê/năm Như vậy cả nước sẽ có 4 nhà máy Đạm cung cấp trên 2 triệu tấn urê/năm đủ đáp ứng nhu cầu urê trong nước và suất khẩu

1.5.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ urê trên thế giới

Tiêu thụ phân bón có liên quan chặt đến sản xuất nông nghiệp Nếu như sản xuất thuận lợi, kinh tế và thị trường phát triển thì nhu cầu phân bón tăng cao Chính

vì vậy, trong một số giai đoạn tình hình kinh tế thế giới bất ổn, sản xuất khủng hoảng sẽ kéo sản xuất và tiêu thụ phân bón giảm xuống Theo FAO (2008), dự báo nhu cầu phân bón trong các năm 2008-2009 sẽ tăng 1,9% trong đó đạm tăng 1,4%, lân tăng 2,0% và kali tăng 2,4% nhưng thực tế thì trong giai đoạn này lượng phân bón tiêu thụ toàn cầu lại giảm mạnh, cùng với khủng khoảng kinh tế tại nhiều nước Mức tiêu thụ phân bón đạt gần 173 triệu vào năm 2007, sau đó giảm mạnh xuống

còn 155,3 triệu tấn vào năm 2008/2009 và tăng trở lại từ cuối năm 2009 lên 163,5 triệu tấn, đạt 172,6 triệu tấn năm 2010/2011 và 176,8 triệu tấn năm 2011/2012

Bảng 1.4: Tiêu thụ phân bón toàn cầu, 2007/08 đến 2011/12 Trong các nước tiêu thụ phân bón trên thế giới Trung Quốc là nước tiêu thụ phân bón lớn nhất, tiếp đến Ấn Độ, Mỹ, Braxin… nhóm 10 nước này chiếm trên 74% sản lượng tiệu thụ toàn cầu

Bảng 1.5: Nhóm 10 nước tiêu thụ phân bón lớn nhất toàn cầu 2011/2012 Trong các sản phẩm phân bón được tiêu thụ thì sản lượng urê chiếm nhiều nhất, có đến 150 triệu tấn urê được tiêu thụ trong năm 2010 và lượng này tăng lên

155 triệu năm 2011, trong số đó Trung Quốc chiếm trên 54 triệu tấn, kế đến Ấn độ trên 21 triệu tấn, các nước Nga, Indonesia, Mỹ mỗi nước trên 6 triệu tấn, còn lại của các nước khác

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ HÓA THAN VÀ

ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG

2.1 Tổng quan về khí hóa than:

2.1.1 Phân loại công nghệ

* Giới thiệu:

Khí hóa than là quá trình dùng tác nhân khí hóa phản ứng với than ở nhiệt độ cao chuyển hóa nhiên liệu từ dạng rắn sang nhiên liệu dạng khí được gọi chung là khí than với thành phần cháy được chủ yếu là H2, CO, CH4,…được dùng làm nhiên liệu, nguyên liệu trong công nghiệp và dân dụng

Tác nhân khí hóa ở đây có thể là không khí, hoặc oxy thuần, hoặc hỗn hợp không khí -hơi nước, hoặc hỗn hợp oxy-hơi nước, hoặc hydro

* Ứng dụng của khí hóa than trong công nghiệp:

Quá trình khí hóa các nguyên liệu chứa carbon nói chung và khí hóa than nói riêng được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp như công nghiệp luyện kim, công nghiệp điện, công nghiệp gốm sứ…và đặc biệt quan trọng đó là công nghiệp hóa chất với bán sản phẩm là các hóa chất cơ bản quan trọng như amoniac (NH3), methanol (CH3OH), hydro (H2), carbonmonoxide (CO), Với tình hình hiện nay, trữ lượng dầu mỏ và khí thiên nhiên trên thế giới đang cạn kiệt dần, giá cả ngày càng cao và không ổn định thì các sản phẩm từ quá trình khí hóa như nhiên liệu tổng hợp (Synfuels), khí tổng hợp (Sng) có một vai trò to lớn đối với các quốc gia đang phát triển phụ thuộc phần lớn vào nguồn năng lượng từ nước ngoài như các quốc gia Đông Nam Á trong đó có Việt Nam

Hình 2.1 dưới đây cho thấy rằng nguồn nguyên liệu sử dụng cho quá trình khí hóa rất đa dạng như từ than đá, cạn dầu của quá trình lọc dầu cho đến các phế thải nông nghiệp, phế thải thành phố Từ sản phẩm khí thu được của quá trình khí hóa, qua các quá trình tinh chế, tổng hợp đã chế tạo được sản phẩm quan trọng phục

vụ đời sống con người

Hình 2.1 Sơ đồ thể hiện nguyên liệu và các sản phẩm của quá trình khí hóa

* Xu hướng phát triển của công nghệ khí hóa than:

Trong 10-15 năm trở lại đây công nghệ khí hóa than được phát triển trở lại một cách mạnh mẽ được thể hiện rõ trong hình 2.2

Hình 2.2 Xu hướng phát triển của công nghiệp khí hóa than

Có rất nhiều nguyên nhân cho sự phát triển trở lại của công nghệ khí hóa than trong đó giá dầu mỏ và khí thiên nhiên liên tục tăng cao là nguyên nhân chính đáng chú ý nhất Từ năm 1983 đến 2003 giá dầu mỏ chỉ trong khoảng 20-30 usd/bbl

và 5- 6 usd/MMBtu đối với khí thiên nhiên nhưng đến năm 2005 giá dầu đã tăng vọt lên trong khoảng 55-70 usd/bbl còn khí thiên nhiên 10-15 usd/MMBtu

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp hóa, hiện đại hóa dẫn đến nhu cầu năng tăng cao ở các nước lớn đông dân như Trung Quốc, Ấn Độ đã thúc đẩy việc khai thác, chế biến than như là một nguồn năng lượng thay thế một phần dầu mỏ và khí thiên nhiên ngày càng khan hiếm và đắt đỏ

Một nguyên nhân quan trọng nữa phải kể đến là khí hóa than được ứng dụng rất rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp quan trọng của mỗi quốc gia như công nghiệp hóa học, công nghiệp điện, công nghiệp luyện kim, công nghiệp tổng hợp nhiên liệu phục vụ giao thông vận tải Hình 2.3 thể hiện sự phân phối sản phẩm của công nghệ khí hóa than đối với một số ngành công nghiệp quan trọng

Hình 2.3 Biểu đồ thể hiện nhu cầu sử dụng khí than

Xu hướng phát triển của công nghệ khí hóa than ngày nay là nhằm vào mục tiêu nâng cao được năng xuất, hiệu suất chuyển hóa than cũng như chất lượng khí than đồng thời tích hợp quá trình khí hóa than với quá trình khác như nhà máy sản xuất điện sử dụng chu trình khí hóa tích hợp IGCC (Intergrated Gasification Combined Cycle) sản xuất phân bón hay nhiên liệu lỏng

Có thể tóm tắt sơ đồ cùa các quá trình khí hóa than được sử dụng phổ biến hiện nay như sau:

a, Khí hoá than ướt liên tục tự cung cấp nhiệt, sản phẩm chính là H2, CO

b, Khí hoá than ướt cung cấp nhiên liệu từ ngoài vào:

c, Khí hoá than ẩm tự cung nhiệt (nếu bổ sung oxy), cung nhiệt từ ngoài (nếu không bổ sung oxy):

d, Hydro hóa than tạo nhiên liệu CH4:

e, Dây chuyền chế tạo khí thay thế khí thiên nhiên kết hợp khí hóa than bằng hơi nước bổ sung oxy với hydro hóa Hoặc cũng có thể tách khâu hydro hóa than

khỏi dây chuyền bằng cách khí hóa trên chất khí hóa là hơi nước với oxy, sau đó chuyển hóa trên xúc tác tạo CH4:

Trong phạm vi chế khí than cho tổng hợp hóa học – chủ yếu dùng dây chuyền (a) hoặc (b), chế tạo khí CO, H2 sau đó chuyển thành H2 trong phản ứng chuyển hóa Ta được khí than gồm H2 (khí than ướt); hoặc dây chuyền (c), chế tạo khí than ẩm với hỗn hợp khí H2 và N2 (khí than ẩm) - cung cấp nguyên liệu cho tổng hợp NH3; hoặc dùng để chế tạo hỗn hợp khí với tỷ lệ CO/H2O xác định Phục

- Khí nguyên liệu cho tổng hợp hóa học: H2 :CO2 = 1

- Khí nguyên liệu hydro cho hydro hóa:

H2= 95 ÷98%

CO + CO2 < 200ppm

N + CH = 2 ÷5 %

- Nhiên liệu dạng khí cho luyện kim:

H2 + CO ≈ 95 ÷98%; H2 : CO = 3,5

CO + H2O <3 %

(H2 + CO)100 / (H2 + CO + CO2+H2O)= 5 ÷10

- Khí nguyên liệu cho tổng hợp metan: (H2 + CO) / (CO + CO2)= 3

- Khí nguyên liệu cho tổng hợp cacbua hydro: H2/CO = 0,5 ÷2

Tùy thành phần chất khí hóa, có các loại: chất khí hóa là H2O hoặc H2O có

bổ sung oxy, có khí than ướt; chất khí hóa là H2O và không khí ( hoặc không khí có

bổ sung nitơ), ta có khí than ẩm; hoặc chỉ có không khí, ta được khí than khô; hoặc chỉ có hydro ta được khí thay thế khí thiên nhiên – loại khí thiên nhiên tổng hợp

Ðối với một dây chuyền khí hóa người ta quan tâm đến hiệu suất khí hóa, cho dù dùng làm nhiên liệu hay khí tổng hợp

Hiệu suất khí hóa được đặc trưng bằng lượng nhiệt thu được khi đốt cháy hoàn toàn thể khí thu được, so với lượng nhiệt tỏa ra khi đốt toàn bộ nhiên liệu rắn dùng để sản xuất ra lượng khí đó

Ví dụ: dùng 1 đơn vị khối lượng than có nhiệt trị là Qc thu được một thể tích khí than là V, nhiệt trị của khí là Qg (còn gọi là nhiệt thế của khí ), hiệu suất khí hóa ( V thường tính theo khí khô)

ɳ1 =V Qg

QCCũng còn một cách tính khác: hiệu suất nhiệt, bằng tổng nhiệt trong khí mang ra so với tổng nhiệt mang vào Ví dụ:

ɳ2 =V Qg+ Q5+ ( Q6+ Q7+ Q8)K

Q + Q1 + Q2 + Q3 + Q4

Q1 , Q2 , Q3 , Q4 – phần nhiệt lý do than, hơi nước, không khí mang vào lò khí hóa và nhữmg nguồn khác

Q5 , Q6, Q7 , Q8 – phần nhiệt hàm cùa dầu cok thu được ở đỉnh lò sau ngưng

tụ, nhiệt lý của khí than khô, phần hơi nước, phần dầu cok trong khí than chưa ngưng tụ hết;

K – hệ số thu hồi nhiệt qua hệ thống giảm nhiệt độ (ví dụ: từ nồi hơi nhiệt thừa), so với tổng nhiệt mang ra

2.1.2 Những thông số đặc trưng của than, dùng trong công nghệ khí hóa

Thường quan tâm đến các thông số chủ yếu sau:

a Thành phần than: Trong than thường gồm các nguyên tố, sắp theo trật tự

Mối quan hệ chuyển đổi như sau:

b Nhiệt trị của than:Chỉ lượng nhiệt toả ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn

vị khối lượng than Tính theo công thức của Mendeleev:

Nhiệt trị ở mức cao:

Và ở mức thấp:

c Kích thước than: Chỉ kích thước cục than đưa vào lò trực tiếp ảnh hưởng

tới trở lực, qua đó ảnh hưởng tới chế độ hoạt động của lò khí hóa

d Cường độ của than: Chỉ độ bền cơ học, nhằm tránh vỡ vụn trong quá trình vận chuyển than và đưa vào lò

e Độ ổn định nhiệt: Chỉ khả năng bị vỡ vụn khi đưa từ miền nhiệt độ thấp vào miền nhiệt cao trong lò

f Xỉ tro và nhiệt độ nóng chảy của xỉ: Các muối vô cơ trong than qua quá trình khí hoá than, chuyển sang dạng xỉ với thành phần chủ yếu là SiO2, Fe2O3,

Al2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O, Hệ xỉ này, ứng với một thành phần nhất định, có một nhiệt độ nóng chảy nhất định - chính nhiệt độ này quyết định nhiệt độ trong lò làm việc khí hóa

g Hoạt tính của than: Chỉ hoạt tính hóa học của than, thường đặc trưng qua tốc độ phản ứng giữa một trong các thành phần CO2, H2O với than thể hiện qua hệ

số phân hủy của chứng (αCO2 hoặc αH2O) trong một điều kiện xác định

Hình 2.4 cho ta một sự so sánh về hoạt tính của các loại than với kích thước hạt 0, 1 ÷ 0,2 mm dưới áp suất 1 MPa

Hình 2.4:Các chỉ số cho biết thành phần % chất bốc - theo tổng số gốc cháy

2.1.3 Công nghệ chuẩn bị nguyên liệu cho tổng hợp NH 3 từ khí hóa than:

Có thể hình dung từ than đến nguyên liệu H2 + N2, cung cấp cho quá trình tổng hợp NH3, dây chuyền trải qua những bước chính sau :

Hoặc than khí hóa bằng chất khí hóa gồm hơi nước và không khí (hoặc không khí giàu oxy), chuyển thành nhiên liệu khí; qua khử các hợp chất của lưu huỳnh – chủ yếu là H2S, chuyển hóa CO trên xúc tác với sự có mặt của hơi nước; qua khử bỏ CO2, qua khử bỏ CO, đôi khi còn tiếp tục qua khử vi lượng CO, CO2 rồi vào tổng hợp NH3 Hoặc dùng chất khí hóa gồm hơi nước và oxy, sản phẩm chủ yếu

là H2 và CO, sau đó tiếp tục khử tạp chất như dây chuyền trên

Bên cạnh đó có một trạm phân ly không khí, sản phẩm nitơ lỏng phun vào tháp rửa CO, một mặt tách CO, một mặt bổ sung N2 vào khí H2, trở thành hỗn hợp nguyên liệu cho tổng hợp NH3

2.1.4 Những phản ứng cơ bản trong quá trình khí hóa than

Trong khuôn khổ của quá trình chế tạo khí nguyên liệu cho tổng hợp NH3, ở đây chỉ đề cập đến quá trình sử dụng chất khí hóa là không khí hoặc không khí giàu oxy, hơi nước

Quá trình khí hóa than diễn ra song song hai loại phản ứng, phản ứng hệ không đồng nhất khí rắn - giữa than và chất khí hóa; phản ứng hệ đồng nhất - chủ yếu là giữa sản phẩm thể khí của quá trình khí hoá Và cũng thường chỉ xét đến phàn ứng với nguyên tố chủ yếu trong nhiên liệu: cacbon Trong quá trình khí hóa, than trải qua hai giai đoạn: chưng khô và khí hóa Quá trình chưng khô than diễn ra được coi như giai đoạn chuẩn bị - nâng nhiệt độ của than từ nhiệt độ thường tới nhiệt độ vùng phản ứng Người ta không quan tâm đến các phản ứng hóa học xẩy ra

ở đây Thường xảy ra các quá trình sau:

Quá trình sấy: bay hơi nước

Quá trình chưng khô: ở đây 50% oxy nguyên tố trong than kết hợp với H2 tạo thành hơi nước Phần oxy tạo thành CO2 : tùy thuộc loại than, với than gỗ: 30% than béo 20%, than đá antraxỉt và cok 10%

Với hydro: tham gia tạo thành C2H2 là 3 ÷5 %

Với nitơ: toàn bộ nitơ nguyên tố tạo thành từ phân tử nitơ

Với sunfua: 80% sunfua chuyển sang dạng H2S, còn 20% lưu lại theo xỉ Với hydro: phần hydro còn lại sau phản ứng hình thành H2O, CH4,

C2H2,H2S, chuyển thành hydro phân tử

Với oxy còn lại: sẽ phản ứng với than tạo CO

Với loại than antraxit, than cok có thể bỏ qua các axit hữu cơ, rượu

Kết quả của các phản ứng trên tạo thành khí sản phẩm của giai đoạn chuẩn

bị, cộng với sản phẩm của giai đoạn khí hóa, ta được khí than

Người ta không cần quan tâm đến tốc độ của các phản ứng này Vì trong lò khí hóa điều cần khống chế của giai đoạn này là quá trình truyền nhiệt từ khí sản phẩm khí hóa đến cục than

Quá trình khí hóa là quá trình cơ bản Hàng loạt phản ứng xẩy ra trong giai đọan này, song chủ yếu là các phản ứng sơ cấp Có thể coi như chủ yếu bao gồm các phần ứng giữa cacbon và oxy:

Những loại phản ứng thứ cấp của sản phẩm các phản ứng sơ cấp:

2CO+ O2 = 2CO2 + 283,7 kJ/mol

2H2 + O2 = 2H2O + 245,3 kJ/mol

CO2 + C = 2CO -173,3 kJ/mol

CO + H2O = CO2 + H2 + 38,4 kJ/mol

và những phản ứng làm thay đổi thành phần của xỉ

2.1.5 Khí hóa than lý tưởng

Quá trình khí hoá than lý tưởng là quá trình phản ứng giữa C nguyên chất với chất khí hóa để hình thành các thành phần cháy được

Trường hợp chất khí hóa là không khí Phản ứng như sau:

Nhiệt trị của khí than = 7092,7 KJ/m3 khí than

Với khí than ướt, chất khí hóa là hơi nước - oxy, tương tự ta thu được 3,636

mol CO và 1,636 mol hydro

Thành phần khí sản phẩm: CO = 68.95% và H2 = 31,05%

Lượng khí thu được là 2,71 m3/kg than; Nhiệt trị: 12127 kJ/m 3

Như vậy nhiệt trị khí than thu được thì quá trình khí hóa than khô là kém nhất Tốt nhất là khí hóa than ướt pha oxy

2.2 Nguyên lý hóa lý của quá trình khí hóa

2.2.1 Vấn đề cân bằng của phản ứng

Về mặt lý thuyết – dựa trên công thức nhiệt động để tính hằng số cân bằng của các phản ứng chính trong quá trình khí hóa

Hầu hết các công thức thực nghiệm đều dựa trên cơ sở thí nghiệm trên graphit Tuy vậy vẫn có thể sử dụng để tính toán nồng độ khí sản phẩm ở trạng thái cân bằng Thường coi như hệ gồm N2, CO, CO2, H2, CH4 và H2O Có thể dựa vào các phương trình sau để xác định thành phần cân bằng này

1- Phương trình xác định hằng số cân bằng của phản ứng:

A = 𝑃𝐻2𝑂

𝑜 2𝑃𝑂2𝑜 +𝑃𝐻2𝑂𝑜 = 2𝑃𝐶𝐻4+𝑃𝐻2𝑂+𝑃𝐻2

2𝑃𝐶𝑂2+𝑃𝐻2𝑂+𝑃𝐶𝑂

6- Toàn bộ nitơ trong chất khí hóa chuyển nguyên vẹn sang sản phẩm:

B = 𝑃𝑁2

𝑜 2𝑃𝑂2𝑜 +𝑃𝐻2𝑂𝑜 = 𝑃𝑁2