NỘI DUNG BÀI VIẾT
Công nghệ khí hóa than, công nghệ khí hóa sinh khối là gì?
Công nghệ khí hóa THAN là phương pháp chuyển hóa than, hoặc các vật liệu có chứa cacbon. Gồm sinh khối, rác thải sinh hoạt và phế thải công nghiệp thành nguyên nhiên liệu dạng khí CO, H2, CxHy…Ứng dụng:
- Hydro và các loại khí khác có trong khí than được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất: amoniăc, phân urê, các sản phẩm hữu cơ,… hoặc dùng làm nhiên liệu cho các tuabin phát điện.
- Sản xuất nhiên liệu hydro sạch cho xe ôtô và pin nhiên liệu dùng để phát điện.
Lợi ích:
- 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 sẽ được chuyển hóa thành amoniăc. Được dùng để sản xuất phân bón hoặc các hoá chất khác.
KHÍ HÓA THAN ĐÁ:
Nguyên lý công nghệ:
Các phản ứng dị thể: C + O2 –> CO2 (1) C + CO2 –> 2CO (2) C + H2O –> CO + H2 (3) C + 2H2 –> CH4 (4) CO2 là sản phẩm khí bậc nhất. Nó sẽ tiếp tục tương tác với cacbon có trong vùng phản ứng. Đồng thời với quá trình trên là quá trình chuyển hóa đồng thể. Các sản phẩm khí bậc nhất tạo thành trong các quá trình đầu tiên. CO + 3H2 –> CH4 + H2O (5) CO + H2O –> CO2 + H2 (6) Các phản ứng đồng thể (5-6) và dị thể (1-4) xảy ra. Kèm theo sự thay đổi năng lượng của hệ thống. Trong lò các phản ứng xảy ra đồng thời.ĐĂNG KÝ TƯ VẤN TẠI ĐÂY:ĐĂNG KÝ TƯ VẤN:Quý khách ghi đầy đủ thông tin gồm: họ tên, địa chỉ email, số điện thoại và yêu cầu vào bảng dưới đây. Than Việt sẽ gửi lại các hướng dẫn chi tiết để Quý khách nắm rõ LỘ TRÌNH ĐẦU TƯ SẢN XUẤT than sạch mùn cưa!
PHÂN LOẠI CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA THAN
Hai yếu tố quan trọng trong quá trình khí hóa: 1. Loại và chất lượng than sử dụng làm nguyên liệu khí hóa. 2. Mục tiêu sử dụng các sản phẩm khí thu được. Có ba kiểu công nghệ khí hóa: tầng cố định; tầng sôi và dòng cuốn.- Đường kính than 10 – 100 mm: thích hợp kiểu công nghệ khí hóa tầng cố định.
- Đường kính 0 – 10 mm: thích hợp công nghệ khí hóa tầng sôi.
- Đường kính 0 – 2 mm: thích hợp công nghệ khí hóa dòng cuốn (khô và ướt).
Các kiểu công nghệ:
1. Khí hóa tầng cố định (đường kính 10 ¸ 100 mm)
1.1. Quá trình khí hóa thuận
Than được nạp vào từ trên đỉnh lò xuống phía dưới. Gió (không khí, hơi nước…) đi vào lò từ đáy lò. Sản phẩm khí đi ra ở cửa lò phía trên. Quá trình có một số đặc điểm sau:- Phân chia chiều cao lò thành từng vùng phản ứng, vùng nọ kế tiếp vùng kia. Dưới cùng là vùng xỉ (7), tiếp đó là vùng cháy (6), vùng khử (vùng tạo ra sản phẩm khí hóa) (5), vùng bán cốc (4), vùng sấy than (3) và trên đó là tầng không đỉnh lò.
- Nhiệt độ lò được phân thành: to vùng cháy > to vùng khử > to vùng bán cốc > to vùng sấy. Truyền nhiệt chủ yếu trong lò là truyền nhiệt đối lưu. Truyền nhiệt bức xạ và dẫn nhiệt xảy ra ít.
- Khi đi từ trên xuống dưới, trọng lượng và kích thước hạt than giảm dần. Hàm lượng cacbon còn lại trong xỉ còn lại tương đối ít. Tại vùng xỉ, hàm lượng tác nhân O2 và H2O cao. Do gió vào từ đáy lò và chuyển động ngược chiều với than.
Khi xem xét quá trình khí hóa theo chiều cao lò:
Bắt đầu gió đi từ ghi lò (đáy lò đồng thời là vùng xỉ lò). Tiếp theo vùng cháy, vùng khử. Cuối cùng là đến tầng không đỉnh lò.Vùng xỉ:
Vùng này chủ yếu là chứa xỉ để chuẩn bị đưa ra khỏi lò. Nhiệt độ ở đây tương đối thấp. Ở vùng này chủ yếu không khí được gia nhiệt để đi tiếp vào vùng cháy.Vùng cháy:
Trong vùng cháy xảy ra phản ứng C + O2 ->CO + CO2 . CO vừa tạo ra lại phản ứng tiếp với oxy tự do của gió tạo ra. CO2 (2CO + O2 -> 2CO2). Trong vùng này nhiệt toả ra mạnh. Lượng nhiệt này cung cấp cho các phản ứng trong vùng khác.Vùng khử:
Trong vùng này CO2 và hơi nước đi từ vùng cháy: C + CO2 = 2CO – Q1; C + H2O = CO + H2 – Q2 ;; C + 2H2O = CO2 + 2H2 – Q3 Đây là 3 phản ứng quan trọng nhất ở vùng khử. Nó tạo ra các khí có thể hoặc dùng làm khí đốt. Hoặc dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hóa học (CO và H2). Như sản xuất phân đạm và các hóa chất khác…Vùng bán cốc (nhiệt phân):
Khí ra khỏi vùng khử có nhiệt độ thấp hơn vùng khử. Do nhiệt phải cấp cho các phản ứng khử. Nhiệt của khí (nhiệt độ khoảng 500 ¸ 700oC) được cung cấp cho than ở vùng bán cốc. Nếu than dùng cho khí hóa là than biến tính thấp (như than nâu, than bùn…). Khi bị bán cốc hóa, các sản phẩm phân huỷ của than chứa nhiều hydrocacbon và khí CO2… Kết quả là khí sản phẩm không chỉ chứa CO, H2, CO2 .1.2. Quá trình khí hóa nghịch
Than đổ từ trên đỉnh lò xuống dưới. Gió đi cùng chiều với than xuống phía dưới. Sản phẩm khí của quá trình khí hóa thoát ra ở đáy lò. Đặc điểm chính của quá trình này là:- Phân bố lại các khu vực trong lò ngược với quá trình khí hóa thuận. Theo đường gió vào, từ trên xuống dưới bao gồm các vùng sau. Vùng sấy khô, > Vùng bán cốc ->Vùng cháy -> Vùng khử ->Vùng tro và xỉ. Than bị nhiệt phân, sau đó cháy và đi tiếp vào vùng khử. Sản phẩm của quá trình nhiệt phân ở vùng bán cốc không thoát ra ngoài. Tiếp tục đi qua vùng cháy, vùng khử. Rồi qua vùng tro xỉ rồi sau đó ra ngoài cùng với khí than.
- Hình thức trao đổi nhiệt trong lò khí hóa nghịch. Nhiệt truyền cho vùng khử chủ yếu do quá trình đối lưu. Còn nhiệt truyền lên phía trên (vùng cốc hóa) chủ yếu là do bức xạ và dẫn nhiệt.
- Ảnh hưởng của quá trình bán cốc (nhiệt phân than) đối với quá trình khí hóa nghịch
1.3. Khí hóa liên hợp
Quá trình khí hóa liên hợp là quá trình kết hợp phương pháp khí hóa thuận và nghịch trên một thiết bị. Than đi từ đỉnh lò xuống, gió cũng đi từ trên xuống cùng chiều với than tạo điều kiện cho quá trình khí hóa nghịch. Trong quá trình này than đi qua vùng sấy 1, vùng bán cốc 2, vùng cháy 3, vùng khử 4 (®ây là vùng tạo sản phẩm khí), sau đó sản phẩm khí ra ngoài theo ống II. đồng thời gió cũng đưa vào theo hướng từ dưới lên, đi qua vùng xỉ 7, đến vùng cháy 6 và vùng khử 5. Ở đây sản phẩm khí được tạo thành và cũng đi ra ở cửa II cùng với sản phẩm khí của quá trình khí hóa nghịch.Ưu nhược điểm:
Ưu điểm là trong sản phẩm có hàm lượng nhựa rất thấp. Nhược điểm là có một phần than chưa tham gia hoàn toàn vào các phản ứng khí hóa đã bị thải đi. Quá trình khí hóa thuận có ưu điểm là than tham gia hoàn toàn vào các phản ứng cháy và khử. Quá trình khí hóa liên hợp khắc phục được nhược điểm của cả hai quá trình khí hóa. Song khó khăn lớn nhất của phương pháp liên hợp này là nếu vận tốc gió đưa từ dưới lên quá lớn chúng sẽ có khả năng thừa oxy, thoát lên trên gây cháy các sản phẩm khí CO, H2. Nếu vận tốc gió quá bé, lượng than còn lại trong tro xỉ lại tăng lên. Do vậy tuy phương pháp khí hóa liên hợp tuy có ưu điểm nhưng được dùng rất hạn chế, chỉ được dùng để sản xuất khí chạy động cơ từ những loại than có độ tro cao và than bùn.2. Khí hóa than tầng sôi (đường kính từ 0 – 10mm)
ĐĂNG KÝ TƯ VẤN TẠI ĐÂY:
ĐĂNG KÝ TƯ VẤN:
Quý khách ghi đầy đủ thông tin gồm: họ tên, địa chỉ email, số điện thoại và yêu cầu vào bảng dưới đây. Than Việt sẽ gửi lại các hướng dẫn chi tiết để Quý khách nắm rõ LỘ TRÌNH ĐẦU TƯ SẢN XUẤT than sạch mùn cưa!
2.1. Tốc độ gió trong khí hóa dạng tầng sôi
– Xét vận tốc gió trong lò phản ứng: Nếu tốc độ gió còn nhỏ thì than trong lò còn ở dạng nèn chặt. Nhưng nếu tăng dần tốc độ gió lên thì than đang ở trạng thái lèn chặt dần dần biến thành trạng thái chuyển động và khi tốc độ gió đạt tới một giá trị nhất định thì than sẽ ở trạng thái “sôi” (hiện tượng sôi của các hạt rắn trong dòng khí). Tốc độ gió (Wgió) lúc bấy giờ gọi là tốc độ sôi (Wsôi). Vì vậy khi Wgió = Wsôi thì phương pháp khí hóa gọi là khí hóa tầng sôi. Tiếp tục tăng vận tốc gió tới giới hạn nhất định sẽ đạt được trạng thái cân bằng giữa lực đẩy của gió và trọng lực của than. Tốc độ gió lúc đó được gọi là tốc độ tới hạn, được xác định theo công thức: Wtới hạn = (4g . gT. d))/ (3 . C . gkhí) ; m/giây Trong đó: gT : Trọng lượng riêng của than; gkhí: Trọng lượng riêng của khí; d : Kích thước hạt than; C : hệ số phụ thuộc vào hình dạng của hạt than và phụ thuộc vào Re Nếu Wgió> Wtới hạn thì than sẽ bay ra ngoài lò theo khí. Vì vậy Wgiókhông cho phép vượt quá Wtới hạn. Như vậy than có kích thước d lớn thì Wtới hạn cũng càng lớn. – Khí hóa tầng sôi thường dùng kích thước hạt 0,5 – 3mm.2.2. Đặc điểm và ưu điểm
– Than liên tục chuyển vào lò khí hóa. – Than được đảo trộn trong lớp sôi nên quá trình truyền nhiệt rất cao, điều đó làm cho sự phân bố nhiệt độ đồng đều theo chiều cao lò. – Cấu tạo lò đơn giản, vốn đầu tư thấp. – Khi thổi gió vào lò, các hạt lớn sẽ tập trung ở đáy lò. Các hạt nhỏ ở phía trên và dễ dàng bay ra ngoài lò theo gió. để làm giảm lượng bụi than bay theo gió ra ngoài người ta đưa than gió bậc 2 ở khoảng giữa lò. Nhưng gió bậc 1 thổi từ dưới đáy lò lên vẫn là chủ yếu . – Nhiên liệu và gió đi cùng một hướng từ dưới đáy lò, như vậy than được tiếp xúc ngay với vùng có nhiệt độ cao. Quá trình sấy, bán cốc cùng xẩy ra trong vùng này. Lượng chất bốc sinh ra gặp oxy trong gió sẽ cháy hết thành CO2 và H2O, một phần nhỏ khác bị nhiệt phân. Vì vậy khí sản phẩm ra khỏi đỉnh lò không có các sản phẩm lỏng, không có các loại hyđrocacbon nên khí ra sạch, dùng cho tổng hợp hóa học rất có lợi. – Các hạt than luôn chuyển động và trong lò không có ranh giới rõ rệt giữa các vùng phản ứng (như vùng cháy, vùng khử, vùng nhiệt phân… trong khí hóa tầng cố định) và nhiệt độ trung bình của lò giảm xuống. Vì đặc điểm này nên nhiệt độ của lò trong phương pháp khí hóa tầng sôi chỉ đạt từ 900 đến 1000oC.2.3. Nhược điểm
Để nâng cao nhiệt độ lò, có thể dùng thêm oxy và hơi nước vào gió. Không thể nâng nhiệt độ phản ứng cao quá 1150oC, nhiệt độ có thể làm chẩy xỉ. Do nhiệt độ lò không nâng cao được nên các loại than già. Than antraxit có tốc độ phản ứng của C với các tác nhân khí không đủ lớn thì không thích hợp cho quá trình khí hóa tầng sôi. Phương pháp khí hóa tầng sôi dùng than có độ biến tính thấp như than nâu, than bùn hoặc một vài loại than đá có đặc tính thích hợp. – Các loại than biến tính thấp và các loại than có tính chẩy dẻo, khi nâng cao nhiệt độ chúng bị bết lại và tạo thành các cục to nên không thể dùng cho khí hóa tầng sôi.3. Khí hóa dạng dòng cuốn (than cám, than bụi đường kính 0 – 2mm)
Dưới đây nêu một phương pháp khí hóa dạng dòng cuốn kiểu Koppers – Totzek: Than hoặc nguyên liệu chứa cacbon thể rắn hoặc lỏng. Người ta khí hóa bằng oxy và hơi nước ở áp suất khí quyển. Than nguyên liệu, có thể có độ tro < 40%, được nghiền mịn đến kích thước < 0,1mm, độ ẩm không quá 6 – 8% đối với than nâu, 1 – 2% với than đá. Sấy và nghiền được thực hiện cùng một công đoạn. Lò khí hóa là thiết bị tròn nằm ngang, phía trong được lót bằng vật liệu chịu nhiệt. Vòi phun để chuyển nhiên liệu, oxy, hơi nước (còn gọi là đầu khí hóa) được bố trí đối diện nhau. Than bụi được chuyển vào bunke nạp liệu 1, 3 nhờ dòng khí nitơ. Từ đó được vít soắn chuyến vào vòi phun cùng với oxy và hơi nước. Tỷ lệ giữa oxy, than bụi và hơi nước sao cho nhiệt lò cao hơn nhiệt độ chảy lỏng của tro, từ 1500 – 1600oC. Khí hóa trong điều kiện như thế đạt được mức chuyển hóa cacbon cao. Khí sản phẩm tạo thành có hàm lượng cacbon oxyt (CO) rất cao. Than khi vào lò trước hết tác dụng với oxy để tạo nhiệt độ cao cho các phản ứng khử khác. Hơi nước khi khí hóa cho 1m3 oxy là ~ 0,05kg đối với than nâu, và 0,5kg đối với than đá. Hiện nay phương pháp khí hóa dạng dòng cuốn (bụi) kiểu Koppers – Totzek được dùng để sản xuất khí tổng hợp amiac. Phương pháp khí hóa ở nhiệt độ cao đạt hiệu suất nhận khí tổng hợp cao, do khi đó tất cả các chất hữu cơ của than chuyển hóa thành CO2, CO, H2, H2O. Do đó khi làm lạnh khí không cần có công đoạn tách các chất nhựa, dầu, benzen, phenol… Nhờ đó quá trình làm sạch khí nói chung đơn giản.Tóm tắt công nghệ khí hóa than đá:
ĐĂNG KÝ TƯ VẤN TẠI ĐÂY:
ĐĂNG KÝ TƯ VẤN:
Quý khách ghi đầy đủ thông tin gồm: họ tên, địa chỉ email, số điện thoại và yêu cầu vào bảng dưới đây. Than Việt sẽ gửi lại các hướng dẫn chi tiết để Quý khách nắm rõ LỘ TRÌNH ĐẦU TƯ SẢN XUẤT than sạch mùn cưa!
- tầng cố định.
- tầng sôi (lớp sôi…)
- dạng dòng cuốn (bụi).
- Phương pháp tự cấp nhiệt nghĩa là nhiệt cần thiết để cấp cho các phản ứng khử tạo khí sản phẩm bằng cách đốt một phần than với oxy của tác nhân khí.
- Phương pháp cấp nhiệt từ ngoài, nghĩa là nhiệt cần cho quá trình khí hóa được chuyển từ ngoài đến nhờ chất tải nhiệt dạng rắn hay dạng khí.
CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA SINH KHỐI
Nguyên lý công nghệ:
Khí hóa sinh khối là một quá trình hóa học, trong đó nhiệt chuyển đổi sinh khối rắn thành khí dễ cháy. Do đó khí có thể được đốt cháy ngay lập tức bằng cách thêm không khí thứ cấp, giống như trong các ứng dụng sưởi ấm. Khí cũng có thể được cấp cho động cơ IC (đốt trong), khi được làm sạch và khử nước lần đầu.
Khí hóa sinh khối bao gồm bốn quá trình: 1. Giai đoạn sấy (Drying): Bằng cách sử dụng nhiệt, nước bốc hơi khỏi gỗ. Điều này là tốt, vì lượng nước dư thừa sẽ làm giảm nhiệt độ ôxy hóa, không cung cấp khí sạch. – Ở nhiệt độ: 90 – 100 độ C,
– Tách nước lý học.
2. Giai đoạn nhiệt phân (pyrolysis)
– Bẻ gãy các mạch Cacbon: ở nhiệt độ 200-300 độ C.
– Tạo thành hỗn hợp khí: CO, H2, CH4, CnHx…
3. Giai đoạn cháy (Combustion)
– Tại buồng đốt với lượng O2 hạn chế để tạo ra nhiệt để đạt quá trình nhiệt phân:
C+O2 -> CO2 + Q (tỏa nhiệt)
4. Quá trình khí hóa (reduction)
– Than cháy tiếp xúc với hơi nước với phản ứng hóa học:
C+H2O -> H2+CO
C + CO2 -> 2CO
– Các phản ứng thuận nghịch diễn ra liên tiếp và đạt trạng thái cân bằng: CO+H2O <-> CO2+H2. – Nhưng thực tế các phản ứng diễn ra đồng thời và phức tạp tại các vị trí lò và trên từng hạt (mảnh) nguyên liệu sinh khối. CnHx ⇆ qCmHy + rH2CnHx + mH2O ⇆ nCO + (m + x/2)H2
CnHx + nCO2 ⇆ 2nCO + (x/2)H2
CnHx + (n/2)O2 ⇆ nCO + (x/2)H2
Các loại lò khí hóa sinh khối:
- Nhìn từ mô hình trên cho thấy hai loại lò updraft và downdraft khác nhau ở vị trị cung cấp oxi cháy và khí syngas lấy ra.
- Nguyên liệu được cấp phía trên đỉnh lò
- Các vùng (zone) sẽ khác nhau tùy theo vị trí khí vào.
Lò khí hóa updraft
- Nguyên liệu đi xuống từ đỉnh lò
- Khí vào đi dưới ghi lò, khí ra phía trên đỉnh lò.
- Nên vùng cháy xảy ra gần ghi lò. Rồi đến vùng khí hóa, vùng nhiệt phân và vùng sấy
Lò khí hóa downdraft
- Nguyên liệu đi xuống từ đỉnh lò
- Khí vào đi dưới ghi lò, khí ra phía trên đỉnh lò.
- Nên vùng khí hóa xảy ra gần ghi lò. Rồi đến vùng cháy, vùng nhiệt phân.
Lò khí hóa crossdraft
- Nguyên liệu đi xuống từ đỉnh lò
- Khí vào đi bên cạnh lò, song song với khí ra
- Nên vùng khí hóa và vùng cháy xảy ra song song nhau ngang theo đường kính lò. Phản ứng xảy ra từ tâm lò, nơi cấp oxi vào & lấy khí syngas ra là xảy ra mạnh nhất và lan dần sang các vị trí khác của lò.
Ứng dụng
- Lấy nhiệt để sấy cho các hệ thống lò sấy
- Lấy nhiệt nung luyện sản phẩm: gốm sứ, than
- Phát điện sinh khối
- Trong sinh hoạt đun nấu…
Ưu điểm của công nghệ khí hóa sinh khối:
- Tính đồng bộ cao:
Lò đốt sinh khối cung cấp nhiệt an toàn, độc lập, kết nối trực tiếp với giao diện của các thiết bị mà không cần bất kỳ sự thay đổi nào. Tính năng này giúp linh hoạt và duy trì sự hoạt động ổn định khi cung cấp nhiệt của hệ thống, tiết kiệm chi phí đầu tư của doanh nghiệp
- Đạt các tiêu chuẩn về môi trường:
Không gây ô nhiễm môi trường; không phát thải khói, bụi, không bị ăn mòn, kéo dài tuổi thọ của các thiết bị sử dụng nhiệt.
- Tiết kiệm năng lượng:
Tiết kiệm năng lượng đáng kể nên khả năng thu hồi vốn nhanh; Khi thay thế các thiết bị sử dụng điện năng, có thể tiết kiệm 60 – 70% chi phí nhiên liệu; khí gas, có thể tiết kiệm 50 – 60%; Dầu FO, có thể tiết kiệm 40 – 50%; Than, có thể tiết kiệm 20 – 30 %,…
SO SÁNH CHI PHÍ NHIÊN LIỆU CƠ BẢN
(Giả thiết tính chi phí đốt nguyên liệu cho 1 tấn hơi, giá trung bình tại miền Bắc, mua sỉ, 09/2022)
| STT | Nguyên liệu/ nhiên liệu | Nhiệt trị (Kcal) | Kg nhiên liệu/1 tấn hơi | Giá thành Vnđ/ (kg) | Thành tiền (VNĐ) |
| 1 | Điện | 860 | 700 kW | 2.500 | 1.750.000 |
| 2 | Ga | 12.000 | 45.8 – 50 kg | 30.000 | 1.500.000 |
| 3 | Dầu FO | 10.000 | 55 -60 kg | 15.000 | 900.000 |
| 4 | Dầu DO | 10.000 | 55- 60 kg | 23.000 | 1.358.000 |
| 5 | Than cục (đổ xô) | 7.500 | 70 – 85 kg | 6.900 | 580.000 |
| 6 | Than cám 3a | 7.000 | 80 – 120 kg | 4.200 | 500.000 |
| 7 | Trấu | 3.500 | 160 – 180 kg | 1.500 | 270.000 |
| 8 | Mùn cưa | 4.000 | 130 – 150 kg | 1.200 | 180.000 |
| 9 | Dăm gỗ | 4.500 | 100 – 120 kg | 2.800 | 336.000 |
>>> Các nhiên liệu sinh khối giúp chi phí vận hành rẻ hơn và khí thải cũng sạch hơn so với các nhiên liệu hóa thạch. Nhiệt hóa hơi của nước: L = 2.3x 10^6 (J/kg) = 0.55 x 10^3 (kcal/kg). 1 tấn hơi nước hóa hơi hoàn toàn cần: Qthu = 0.55 x 10^6 kcal.
Liên hệ mua lò đốt và công nghệ khí hóa sinh khối (dăm bào, mùn cưa, vỏ trấu…) ở đâu?
Than Việt cung cấp các loại lò đốt sinh khối, lò khí hóa tại Việt Nam:
- Lò khí hóa cấp nhiệt cho lò hơi
- Lò khí hóa cấp nhiệt cho lò sấy: mùn cưa, chè, hoa quả…
- Lò đốt mùn cưa, vỏ trấu, dăm bào…cấp nhiệt
THÔNG TIN LIÊN HỆ:
