Bài giảng Hóa công nghệ - Chương 8: Kỹ thuật nhiên liệu

Nhiên liệu là tên gọi của các chất cháy ở dạng rắng, lỏng khí có trong thiên nhiên hay nhân tạo được dùng làm nguồn cung cấp nhiệt hoặc làm nguyên liệu trong công nghiệp hoá chất.. Bao[r]

TR ƯỜ NG Đ I H C H NG Đ C Ạ Ọ Ồ Ứ

KHOA KHOA H C T  NHIÊN Ọ Ự

HÓA CÔNG NGHỆ

TH.S NGÔ XUÂN L ƯƠ NG

Thanh Hóa, năm 2008

K  THU T NHIÊN LI U Ỹ Ậ Ệ

Nhiên liệu là tên gọi của các chất cháy ở dạng rắng, lỏng khí có trong thiên nhiên hay nhân tạo được dùng làm nguồn cung cấp nhiệt hoặc làm nguyên liệu trong công nghiệp hoá chất Bao gồm

Nhiên liệu thiên nhiên: than, gổ, dầu mỏ, khí TN

Nhân tạo: than cốc, than gổ, xăng, dầu hoá, khí than, khí cốc … chủ yếu được điều chế từ nhiên liệu thiên nhiên

A KỶ THUẬT SẢN XUẤT KHÍ THAN

I Ý NGHĨA KINH TẾ CỦA KHÍ THAN

Sản xuất than là quá trình chuyển hoá than ở dạng rắn thành dạng khí

Thành phần chính CO, H2 dùng làm chất đốt hoặc tổng hợp hữu cơ

CO + 2H2  CH3OH

Dùng khí than có nhiều ưu điểm hơn than (nhiệt độ cháy cao  dễ điều chỉnh ngọn lửa, khi cháy không tro bụi  dễ vận chuyển)

Khí than dùng trong lò luyện thép mác tanh, lò đúc nấu thuỷ tinh, dùng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong

H2+ O2  H2O T/H hữu cơ : sản xuất rượu metylic, etylic, hiđrôcacbon, HCHO…

CO + O2  CO2 Quá trình hoá khí than ra đời đầu thế kỷ XIX (nga)

Việt Nam: Thuỷ tinh Hải Phòng, sứ Hải Dương, phân đạm Bắc Giang, bóng đèn phích nước Rạng Đông

1 Nguyên tắc chung

oxi hoá không hoàn toàn của C của than nhờ chất oxi hoá chứa oxi: KK, H2O, CO2, O2… và sản phẩm chủ yếu gồm H2, CO2, CH4, N2, H2S… ở nhiệt độ phản ứng 12000C Qúa trình biến đổi hoá học từ C của than  khí gọi là quá trình hoá khí than

2 Các phản ứng trong quá trình hoá khí than

Các phản ứng chính

III CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT

Cơ sở phân loại:

Dựa vào chiều chuyển động của gió (KK và hơi nước) đưa vào lò (than luôn đổ

từ trên xuống)  4 phương pháp

a Phương pháp hoá khí thuận: gió đưa vào từ đáy lò, xuyên qua lớp than, tạo thành khí rồi thoát lên trên, sản phẩn lấy ra ở phía trên lò

b Phương pháp hoá khí nghịch: giá đưa vào từ đỉnh lò cùng chiều với than, sản phẩm lấy ra ở đáy lò

c Phương pháp hoá khí ngang: giá đưa vào ngang lò giữa lò thẳng gốc với

chuyển động của than

d Phương pháp hoá khí liên hợp: gió đưa vào theo 2 chiều ngược nhau (trên – dưới) sản phẩm lấy ra giữa thân lò

Dựa vào thành phần khí thổi vào lò  có 3 phương pháp

a Phương pháp khi than khô:

Khí thổi vào lò là KK  sản phẩm chủ yếu là CO (34,7%),

N2 (64,5%), Ar (0,8%), Ni

N2 còn lại tồn  năng suất toả nhiệt lớn 4300KJ/m3

Sản phẩm dùng cho lò cao  cung cấp C, CO cho quá trình luyện gang  nhiệt

độ lên tới 18000C

b Phương pháp khí than ướt (ẩm)

Khí thổi vào lò là HH (H2O, KK)  sản phẩm CO (27%), H2 (13,5%), N2 (52,6%), CH4 (0,5%)

NH2/N2 > 3 đạt tỷ lệ cho tổng hợp NH3

H = 80% thay KK = O2 và tăng nhiệt độ > 12000C  tăng sản phẩm CO, H2 và CH4  tăng năng suất tỏ nhiệt của khí đốt và tăng hiệu suất của quá trình hoá khí than

c Phương pháp khí hơi nước

Phương pháp gián đoạn (t/c chu kỳ): 2 giai đoạn chính

Giai đoạn 1: thổi KK

C + O2  CO2 2C + O2  CO2

Phản ứng có H < O  nhiệt độ tăng

Giai đoạn 1 quyết định tới chất lượng sản phẩm vì phản ứng tạo khí hơi nước đòi hỏi Q lớn, bề mặt phản ứng lớn, tốc độ thổi khí lớn để CO2 không bị khử thành

CO hạ thấp nhiệt độ lò Song chọn tốc độ thích hợp để đỡ tổn thất nhiệt

Giai đoạn 2: Thổ hơi H2O

C + H2O = CO + H2

C + H2O  CO2 + 2H2

Nhiệt độ phản ứng giảm  V giảm chất lượng khí giảm  PP liên tục

+ PP liên tục: phương pháp này dùng hơi nước quá nhiệt, hơi nước trước khi cho vào lò qua buồng thu hồi nhiệt để nâng nhiệt độ tới 1100-12000C

sản phẩm H2: 35-45%, CO : 20-21%, CO2 : 25-30%

N2: 0,8%, CH4 : 8-10%, VH2 : VCO2 = 2:1  phù hợp với sản xuất CH3OH, năng suất toả nhiệt 10.3500KJ/m3

IV THIẾT BỊ HOÁ KHÍ (SGK)

B KỸ THUẬT LUYỆN THAN CỐC

I Ý NGHĨA KINH TẾ CỦA QUÁ TRÌNH CỐC HOÁ

Sản phẩm gồm: rắn than cốc, nguyên liệu giàu C nhất (96,5-97,5%)

Khí cốc: chủ yếu H2, CH4 còn lại CO, CO2, NH3, N2, C2H4… C6H6 chưa ngưng tụ

Lỏng < nhựa than đá: Nhiều hiđro cac bon thơm và fenol

Than cốc là nguyên liệu cần thiết cho luyện kim (gang cần 0,7-0,8 tấn cốc vì % Cmax  Q nhiệt ớn) trong giá thành gang, than cốc chiếm 40% Cốc – sản xuất phân lân nung chảy, khí than