ĐỀ tài CHUYỂN hóa sử DỤNG THAN

chun hãa vµ sư dơng than hµ néi - 2008 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com I MỞ ĐẦU Người ta cho tương lai không xa, nguồn dầu mỏ cạn kiệt, người tiêu dùng quay sang nguồn cung cấp Nếu sở hạ tầng sản xuất chuẩn bị từ bây giờ, ngăn chặn sụp đổ diện rộng mà người ta dự đoán xảy vào cuối kỷ nguyên dầu mỏ Theo tài liệu thống kê lượng giới BP (BP Statistical Review of World Energy), năm 1985 trữ lượng dầu cịn lại khai thác mặt kinh tế 770 tỷ thùng Vào năm 2005, tức sau 20 năm tiêu thụ, số lại đánh giá 1.200 tỷ thùng Song dầu mỏ nguồn lượng có hạn, với tốc độ tiêu thụ nay, người ta cho cạn nguồn tài nguyên vòng 40 năm Hơn nữa, phần lớn nguồn dầu mỏ lại tập trung số vùng bất ổn định giới (ví dụ: Trung Đơng 62%, Arập Xê út 22%), bị ngừng cung cấp lúc xung đột hoạt động khơng thuận lợi Chính phủ Những lo ngại tác động đến giá dầu giới Trong tình hình đó, nguồn nhiên liệu hoá thạch phi truyền thống giải pháp đầy tiềm Nếu tất nguồn lượng phi truyền thống giới biến đổi thành dầu nhờ cơng nghệ đại, người ta có lượng dầu ước 8.800 tỷ thùng Với tốc độ tiêu thụ 30 tỷ thùng/năm, số lượng đủ dùng vòng 300 năm Những lớp cát đá chứa dầu, mỏ Athabasca Alberta (Canada) vành đai Orinoco (Venezuela), nguồn lượng mới, lớn, có khả tạo 6.600 tỷ thùng dầu, song số khai thác phương diện kinh tế vào khoảng 10-20% số Nếu khám phá nguồn dự trữ dầu có cơng nghệ để khai thác triệt để nguồn dầu có thời điểm khủng hoảng dầu mỏ đẩy lùi thêm Tuy nhiên việc cạn nguồn nguyên liệu dầu mỏ thực tế đến gần Việc sản xuất nhiên liệu/hóa chất từ khí tổng hợp (CO + H2) nhận quan tâm ngày tăng nguồn dầu mỏ dần cạn kiệt giá dầu thô biến động Các nhiên liệu, đặc biệt diesel, thu từ q trình chuyển hóa khí tổng hợp thơng qua phản ứng tổng hợp Fischer-Tropsch (F-T) (tên hai kỹ sư người Đức, Franz Fisher Hans Tropsch sáng chế trình vào năm 1920 để sản xuất dầu thơ từ than khí đốt), thừa nhận có chất lượng cao Nhiên liệu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com tham gia tích cực vào việc bảo vệ mơi trường tăng hiệu lượng lĩnh vực vận tải động diesel đại áp dụng đại trà phương tiện vận tải Công nghệ F-T phát triển năm gần có tính khả thi đủ để xây dựng khu liên hợp qui mô lớn Dưới quan điểm xem xét dài hạn khả phát triển q trình chuyển hóa than thành chất lỏng, cần phải xem xét nhiều hướng Đây hướng có khả định tính khả thi tất loại dự án lĩnh vực Nhìn chung, hướng phải có điểm chung là: Hiệu mặt sinh lượng nhiệt Giá thành chấp nhận Ưu điểm môi trường Các vấn đề giải tốt cách sử dụng đường chuyển hóa than thành chất lỏng đa hệ Trong số đường khác nhau, nguyên tắc, trình sản xuất đồng thời nhiên liệu lỏng điện chiếm ưu Hiệu trình tăng lên cân lượng tốt phương thức đồng sản xuất cịn ưu điểm bảo vệ mơi trường cơng nghệ loại ô nhiễm dễ dàng áp dụng Các trình đảm bảo giải pháp tốt để bảo vệ mơi trường II TÌNH HÌNH CHUYỂN HÓA, SỬ DỤNG THAN TRONG LĨNH VỰC PHÁT NĂNG LƯỢNG VÀ HĨA CHẤT Theo dự tính chun gia, với tăng dân số, việc tiêu thụ lượng tồn cầu tăng thêm 27% vịng 15 năm tới (Hình 1) Mức tiêu thụ lượng ngày gia tăng phần lớn nước phát triển Tương tự, phân bố nhu cầu điện theo nguồn lượng không ngừng tăng lên dự tính đến năm 2020 nhu cầu điện giới tương đương với khoảng 5,5 tỷ dầu, đến năm 2030 tương đương 6,5 tỷ dầu (Hình 2) Từ kỷ trước năm 2030, than khí tự nhiên nguồn nguyên liệu chiếm tỷ trọng lớn số nguồn nguyên liệu sản xuất điện bao gồm: than, khí tự nhiên, dầu mỏ, lượng hạt nhân lượng tái tạo LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 1: Sự tăng nhu cầu sử dụng lượng giới Hình 2: Phân bố nhu cầu điện theo nguồn lượng giới Theo đánh giá BP báo cáo BP Statistical Review 2004, tính đến năm 2003, trữ lượng than toàn giới 984 tỷ (50% than antraxit 50% than nâu) khai thác 192 năm (Hình 3) Mỹ, Cộng đồng quốc gia độc lập Trung Quốc quốc gia có trữ lượng than lớn giới (chiếm 50% trữ lượng than giới) Các quốc gia khác Ấn Độ, Úc, Nam Phi có trữ lượng than tương ứng 90, 90 50 tỷ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3: Trữ lượng than giới tỷ lệ trữ lượng/khai thác ( năm 2003) Việc dùng than để sản xuất nhiên liệu giao thông vận tải xuất Đức đầu thập kỷ 20 Các nhiên liệu sử dụng qui mô lớn để đương đầu với thời kỳ thiếu dầu mỏ, Đức Chiến tranh Thế giới thứ II Nam Phi năm 1955 thời kỳ cấm vận chế độ phân biệt chủng tộc (Apartheid) Là nước giàu than, nghèo dầu mỏ, Chính phủ Trung Quốc, viện nghiên cứu doanh nghiệp nước nỗ lực nhằm biến nguồn tài nguyên than giàu có thành lượng cách sử dụng công nghệ than Năm 2003, Trung Quốc thành lập Cục Năng lượng thuộc Hội đồng Cải cách Phát triển Quốc gia để tập trung vào giải pháp an ninh lượng đồng thời lập kế hoạch quản lý khả cung cấp lượng phát triển công nghiệp liên quan tới lượng Như giải pháp để khắc phục nguồn lượng dầu mỏ nghèo nàn, Trung Quốc đầu tư mạnh cho cơng nghệ hóa lỏng than với mục tiêu tăng nguồn nhiên liệu lỏng sản xuất từ nguồn than dồi Trung Quốc Viện trưởng Viện hóa than (ICC) thuộc Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc (CAS) cho biết, việc sản xuất sản phẩm đa dạng từ than tương lai phát triển cơng nghệ than Trung Quốc Hiện Trung Quốc, nỗ lực để sản xuất nhiên liệu lỏng phục vụ cho giao thông vận tải quy mô lớn dựa việc sử dụng q trình khí hố LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com than diễn mạnh mẽ Ví dụ, Cơng ty than lớn Trung Quốc, Shenhua, có kế hoạch khởi động nhà máy biến than thành nhiên liệu lỏng Trung Quốc vào năm 2007 đầu năm 2008 Đây dự án tham vọng giới lĩnh vực kể từ sau Thế chiến II Shenhua dự định vận hành nhà máy hoá lỏng than vào năm 2020 với sản lượng tổng cộng 30 triệu dầu tổng hợp /năm, đủ để thay 10% lượng xăng dầu nhập Trung Quốc dự báo Các nhà máy hóa lỏng than áp dụng cơng nghệ hóa lỏng than trực tiếp (DCL – Direct Coal Liquefaction) hóa lỏng than gián tiếp (ICL – Indirect Coal Liquifaction) (Hình 4) Nhà máy SH-1 sử dụng cơng nghệ hóa lỏng than DCL dựa sở công nghệ Mỹ cải tiến từ công nghệ phát triển Nhật, Đức tập đồn Shenhua Với 850 triệu USD cho dây chuyền sản xuất đầu tiên, tập đồn hy vọng sản xuất 830 nghìn dầu/năm vào năm 2007 (tương đương 20 nghìn thùng xăng diesel siêu sạch, hàm lượng lưu huỳnh thấp ngày) (Bảng Hình 5) Hai dây chuyền xây dựng pha I dây chuyền xây dựng pha II Dự án với chi phí đầu tư tổng tỷ USD Năm 2004, phủ Trung Quốc giao cho Shenhua chịu trách nhiệm phát triển nhà máy hóa lỏng than theo công nghệ ICL tỉnh Sơn Tây giao cho tập đoàn khai thác than Ninh Hạ chịu trách nhiệm phát triển nhà máy hóa lỏng than khác vùng tự trị Ninh Hạ Cả hai nhà máy sử dụng cơng nghệ hóa lỏng than ICL Sasol phát triển Nam Phi Như dự án bao gồm việc sản xuất nhiên liệu tổng hợp sản xuất sản phẩm hóa chất Bảng 1: Phân bố sản phẩm sản lượng dây chuyền hóa lỏng than trực tiếp nhà máy Shenhua Sản phẩm Sản lượng (tấn /năm) 70 000 320 900 620 800 11 500 40 600 500 1.067 300 LPG Naphta Diesel Ammoniăc lỏng Lưu huỳnh Phenol Tổng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 4: Cơng nghệ chuyển hóa than thành nhiên liệu lỏng Hình 5: Tồn cảnh nhà máy hóa lỏng than Shenhua – Trung Quốc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tại Trung Quốc có số dự án chuyển hố than thành hố chất với quy mơ Bảng Cơng nghệ chuyển hố than thành hố chất (kết hợp phát điện) mơ tả Hình Hình 6: Sơ đồ dây chuyền chuyển hóa than thành hóa chất Bảng 2: Qui mơ số dự án chuyển hóa than thành hóa chất Trung Quốc Sản phẩm Sản lượng (tấn /năm) Qui mô dự án Baotu Qui mô dự án Yulin Metanol 800 000 000 000 Etylen 300 000 500 000 Propylen 300 000 500 000 Cùng với việc phát triển nhiên liệu tổng hợp hoá chất từ than, Trung Quốc quan tâm đến vấn đề sản xuất điện từ than Tập đoàn Hoa Năng, nhà sản xuất điện dùng nhiên liệu than lớn Trung Quốc, liên kết với nhà phân phối điện toàn cầu công ty than để thiết kế, xây dựng nhà máy điện chạy than “khơng có khí thải” giới Trung Quốc quốc gia tiêu thụ than lớn giới với dự đoán lên tới 2,9 tỷ vào năm 2020 Trong 15 năm tới, Chính phủ Trung Quốc ưu tiên việc sử dụng lượng cách hiệu quả, tiết kiệm tạo nhiều sản phẩm từ than Trung Quốc dự định phát triển kỹ thuật giảm thiểu khí cacbon LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com đioxit ( CO2) phát sinh trình sử dụng than, tiến tới đạt mức phát thải gần Hiện tại, công nghệ phát triển than Trung Quốc chưa đạt mức độ giới Các chuyên gia dự đoán rằng, Trung Quốc phát triển cơng nghệ khí hóa than cơng nghệ năm tới Sản phẩm khí hóa rẻ 50% so với sản phẩm loại thị trường quốc tế Tại Mỹ, từ tháng 2/2003 Tổng thống George Bush công bố dự án FutureGen với nội dung triển khai xây dựng mẫu nhà máy có khả sản xuất điện hydro từ than đá Nhà máy sử dụng cơng nghệ chu trình hỗn hợp khí hố than (IGCC) để phát cơng suất 275 MW, với đặc tính ưu việt khơng nhiễm thu giữ chất thải CO2, thay cho kiểu đốt than truyền thống (Hình 7) Hình 7: Sơ đồ nguyên lý nhà máy sản xuất điện hydro từ than đá thuộc dự án FutureGen Hydro sản xuất từ nhà máy FutureGen sử dụng để cấp nhiên liệu cho tổ máy phát điện pin nhiên liệu, để cấp nhiên liệu cho ôtô xe tải hệ mới, chấm dứt phụ thuộc Mỹ vào dầu mỏ FutureGen, lần tích hợp chuỗi cơng nghệ tiên tiến thu giữ ngăn ngừa tạo thành chất ô nhiễm chất thải khác vốn 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com mối quan ngại Mỹ phải xây dựng nhà máy điện chạy than tương lai Các chất ô nhiễm khơng khí biến thành sản phẩm thương mại có giá trị, tới 90% CO2 tạo từ phản ứng đốt cháy than thu giữ Kết thực tiễn nhà máy sở cho việc áp dụng công nghệ tiên tiến hơn, có khả thu giữ 100% khí nhà kính Năm 2006, có 12 địa điểm thuộc bang nước Mỹ đề xuất làm nơi triển khai thiết kế xây dựng nhà máy theo nguyên mẫu Yêu cầu đề phải có mặt 200 acre (khoảng 0,8 km2), khả tiếp cận tốt với nguồn than, đường dây truyền tải, nguồn nhân lực có kỹ thuật Theo kế hoạch đề ra, nguyên mẫu nhà máy FutureGen bắt đầu hoạt động vào năm 2012 Ngồi ra, thời gian qua, khơng qn Mỹ tiến hành nhiều chuyến bay thử nghiệm nhiên liệu tổng hợp theo phương pháp F-T (FT Fuel) Kết từ chuyến bay mang lại hy vọng cho ngành hàng không bối canh giá dầu ngày leo thang với nguy cạn kiệt dầu mỏ cận kề Các nhà khoa học nỗ lực hồn thiện cơng nghệ sản xuất quy mô lớn để đến năm 2016 “FT fuel" thay 50% lượng tiêu thụ nhiên liệu không quân Mỹ đến nãm 2025 chiếm 75% lượng nhiên liệu tồn ngành hàng khơng nước Các thử nghiệm chạy động với tỷ lệ pha trộn 50/50 nhiên liệu tổng hợp với nhiên liệu truyền thống dẫn đến chuyến bay hoàn toàn nhiên liệu mới, vận hành an toàn trong điều kiện - 43 độ, đạt số kỹ thuật dùng nhiên liệu thơng thường mà khơng cần có cải tiến động khẳng định thành công việc ứng dụng nhiên liệu cho ngành hàng khơng Ngồi ra, người kiểm sốt q trình tổng hợp nên nhiên liệu tổng hợp gây ô nhiễm môi trường so với loại nhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ, giảm 50% lượng khí thải, đặc biệt giảm tối đa hàm lượng lưu huỳnh khí thải Kevin Mulnerin, Phó Chủ tịch lntegrated Concepts & Research Corp's Advanced Vehicle Technologies, công ty trúng thầu kiểm định chất lượng nhiên liệu này, cho biết: "Thử nghiệm chứng tỏ loại nhiên liệu siêu có khả trở thành nguồn nhiên liệu dân dụng lẫn quân sự" Điều có ý nghĩa số lượng máy bay gấp đơi vịng hai mươi năm tới yêu cầu bảo đảm khí thải động gây hiệu ứng nhà kính ngày gắt gao 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bảng 8: Tình hình sản xuất metanol Singapore Năm 1994 1995 1996 1997 1998 2001 2004 Sn xut metanol Năng lực sản xuất - - - - - - - S¶n xuÊt - - - - - - - HiƯu st vËn hµnh % - - - - - - - Tiêu thụ metanol cho SX formaldehyte 20 21 22 22 23 25 27 Axit axetic - - - - - - - Clorometan - - - - - - - Dimetyl tereptalat - - - - - - - Metyl metacrylat - - - - - - - Dimetyl eter - - - - - - - MTBE 16 37 49 49 49 49 49 TAME - - - - - - - Xăng/ nhiên liệu - - - - - - - Dung m«i 3 3 3 øngdơng kh¸c 4 4 Tæng céng 41 55 78 78 80 82 85 Đánh giá tăng trởng/ độ suy giảm - - - - - - - NhËp khÈu 100 120 120 125 125 125 125 XuÊt khÈu 59 65 42 47 45 43 40 -55 -78 -78 -80 -82 -85 Thặng d/thâm hụt -41 31 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bảng 9: Tình hình sản xuất metanol Thái Lan Năm - 1995 1996 1997 Sn xuất metanol - - - - formaldehyte 40 Tiêu thụ metanol cho SX 50 81 95 105 140 180 Axit axetic - - - - - - - Clorometan - - - - - - - Dimetyl tereptalat - - - - - - - Metyl metacrylat - - - - - - - Dimetyl eter - - - - - - - MTBE TAME Xăng/ nhiên liệu Dung môi ứng dụng khác Tổng cộng Đánh giá tăng trởng/ độ suy giảm Nhập Xuất Thặng d/thâm hụt 18 67 - 12 20 10 92 - 18 22 11 132 - 20 24 12 151 - 20 26 13 164 - 20 35 18 213 - 40 47 24 291 - 67 -67 92 -92 132 -132 151 -151 164 -164 213 -213 291 -291 Năng lực sản xuất Sản xuất Hiệu suất vận hành % 1994 1998 2001 2004 IV.4.2 Sản xuất CO2 Trên giới, người ta sản xuất CO2 từ nhiều nguồn khí CO2 khác nhau, có nguồn CO2 từ mỏ khí, CO2 phát trận núi lửa phun nguồn khí CO2 phát từ q trình cháy phân hủy hợp chất hữu (thực vật, than, dầu mỏ) 32 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyên liệu sản xuất CO2 thường nguồn khí giầu CO2 (chứa khoảng 97% thể tích CO2) loại bỏ dễ dàng tạp chất Hiện khơng có số liệu sản lượng CO2 sản xuất riêng từ nguồn đốt than Tổng sản lượng CO2 thương mại hóa giới đánh giá là: Mỹ: triệu tấn/năm, Cộng đồng châu Âu: triệu tấn/năm (riêng Pháp 300 nghìn tấn/năm) Mỹ nước tiêu thụ CO2 nhiều Các nhà sản xuất CO2 lỏng tiếng giới là: - Số giới: Praxair (Mỹ), từ năm 1996 đổi thành Liquid Carbonic - Số giới: Messer (Đức) - Số giới: BOC-AIRCO (Mỹ, Anh) - Số giới: Air Liquide (Pháp) Bảng 10 sau cho thấy ví dụ tình hình sản xuất CO2 Pháp Bảng 10: Tình hình sản xuất CO2 Pháp Nhà máy, cụm nhà máy Công suất (tấn/ngày) Carboxyque (Air Liquide) 300 Cụm nhà máy GrandQuevilly, Grand-Puits, Ottmarsheim Toulouse: 100 - 300 Chiết từ Montmirail Grand-Quevilly (nhà máy) Grand-Puits (nhà máy) Ottmarsheim (nhà máy) Toulouse (nhà máy) Các nhà máy khác Nguồn nguyên liệu đất vùng Thu hồi từ nhà máy sản xuất amoniac 2- 30 Quá trình lên men nhà máy thực phẩm (CO2 dùng cho trình sản xuất bia) 2- Thu hồi từ trình sản xuất nước có gas Sử dụng để bơm trở lại, tạo gas cho nước khoáng 33 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com IV.4.3 Sản xuất nhựa than Do công nghiệp sử dụng than cốc phát triển nên sản lượng nhựa than đá giới tăng Mỹ nước sản xuất nhiều nhựa than đá giới Năm 1986 sản lượng nhựa than đá Mỹ 640,7 triệu lít, năm 1987 tăng lên 716,3 triệu lít, năm 1992 đạt 700 nghìn Creozot sản xuất thương mại Mỹ từ năm 1917 chia thành hai loại: creozot chưng cất (100% creozot) creozot chứa nhựa than Sản lượng creozot chưng cất Mỹ năm 1987 117 nghìn tấn, creozot chứa nhựa than 120 nghìn Năm 1987, sản lượng creozot chưng cất 180 nghìn tấn, creozot chứa nhựa than 130 nghìn Sản lượng creozot chưng cất năm 1992 240 nghìn tấn, creozot chứa nhựa than 110 nghìn Khơng có số liệu hóa chất chiết xuất từ nhựa than V CÁC PHÁT MINH MỚI TRONG LĨNH VỰC SỬ DỤNG VÀ CHẾ BIẾN THAN V.1 Cơng nghệ khí hóa than lịng đất Hiện nay, số nơi có khu mỏ than khó áp dụng công nghệ khai thác than truyền thống (lộ thiên, hầm lị) tính kinh tế- kỹ thuật khơng cho phép, người ta tiến hành thử nghiệm áp dụng công nghệ tồn từ lâu, có tiềm năng, cơng nghệ khí hóa than lịng đất (UCG) Những năm đời, cơng nghệ Mỹ khơng hoan nghênh Quy trình UCG tạo khí đốt chất lượng thấp, có hàm lượng hyđro cao bị coi gây hại cho mơi trường Nhưng ngày nay, nước có nhiều mỏ than tìm cách thay dầu nhập nguồn lượng nước, sản xuất nhiên liệu hyđro, tìm phương pháp giảm thiểu phát thải khí nhà kính, họ bắt đầu cân nhắc đến tiềm UCG So với ban đầu, cơng nghệ UCG cải tiến áp dụng để khí hóa vỉa than mỏng, chất lượng nằm sâu đất Với công nghệ này, người ta làm gia tăng nhiều nguồn than để khai thác Than biến thành khí phục vụ cho nhiều ứng dụng khác giảm nhiều lượng khí phát thải chứa chất độc hại (SO2, NOx thủy ngân) Julio Friedmann, Giám đốc Chương trình Quản lý than 34 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Livermore, cho biết “UCG tăng nguồn than hữu dụng Mỹ lên tới 300-400%” Một lợi ích UCG, hàm lượng hydro chiếm tới 50% lượng khí sản sinh trình Giống trình đốt cháy than hydrocarbon, UCG phát thải CO2 May mắn rằng, địa điểm tiềm để thực công nghệ UCG lại nơi thuận lợi để cất giữ CO2 vào tầng địa chất lịng đất Khí tổng hợp sinh ra, dẫn lên khỏi lòng đất tách phụ phẩm Tiếp đó, CO2 bơm trở lại vào thân vỉa than Mặc dù tiềm áp dụng UCG với tư cách công nghệ chuyển hóa than biết khắp nơi, phát triển tương lai phụ thuộc vào mức độ thành công sở thử nghiệm tiến hành V.2 Cơng nghệ Chu trình hỗn hợp hóa khí tích hợp Hiện tượng nóng lên trái đất thực tế đe dọa môi trường sống Cứ theo đà phát triển kinh tế đến năm 2056, phát thải CO2 tăng lên gấp lần Vì vậy, phát triển lượng tương lai phải dựa nguyên tắc quan trọng giảm thiểu phát thải CO2 Việc sử dụng nguồn nguyên liệu than để sản xuất lượng cần dựa nguyên tắc Than nhiên liệu rẻ tiền song gây nhiều phát thải CO2 Hiện nay, người ta tiến đến công nghệ đại lĩnh vực sử dụng than làm nhiên liệu: Đó cơng nghệ IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle - Chu trình hỗn hợp hóa khí tích hợp) Trong cơng nghệ IGCC, khí CO2 khơng mơi truờng bị chơn đất Các khâu trình IGCC bao gồm: - Than, nước oxygen đưa vào thiết bị cao áp (gasifier), than bị oxyhóa phần biến thành khí tổng hợp (syngas) - Syngas qua nước: Syngas + nước Ỉ CO2 + H2 - CO2 bị tách đem chôn - H2 bị đốt dùng để chạy turbin khí (gas turbine - generator) - Khí nóng cịn lại (dư nhiệt) từ turbin khí đun nóng thiết bị sinh dùng để chạy turbin (steam turbine - generator) Sử dụng IGCC cho phép nhà máy chạy than giảm thiểu đến mức tối đa phát thải CO2 35 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com V.3 Sản xuất nhiên liệu từ CO2 Theo nhà bác học, chất xúc tác có khả phá vỡ liên kết hóa học phân tử CO2 cho phép sử dụng cacbon khơng khí làm nhiên liệu theo cách thức y hệt thực vật tiến hành “Phá vỡ liên kết ổn định CO2 thách thức lớn ngành hoá học tổng hợp”, Frederic Goettmann, nhà hoá học Viện nghiên cứu chất keo mặt phân giới Max Planck (Potsdam, Đức), phát biểu “Nhưng thực vật làm điều suốt hàng triệu năm" Thực vật sử dụng lượng mặt trời để phá vỡ liên kết hoá học tương đối ổn định nguyên tử cacbon oxy phân tử CO2 Trong phản ứng quang hợp, ban đầu phân tử CO2 “gắn” với nguyên tử nitơ, tạo hợp chất bền có tên cacbamate Những hợp chất bị phá vỡ, cho phép cacbon sử dụng trình tổng hợp sản phẩm khác thực vật, chẳng hạn đường protein Trong nỗ lực coi để “cạnh tranh” với trình quang hợp tự nhiên, Goettmann cộng Arne Thomas, Markus Antonietti phát triển chất xúc tác chứa nitơ để tạo cacbamate Họ sử dụng lớp nguyên tử cacbon nitơ phẳng xếp thành hình bát giác để chế tạo hợp chất xúc tác Bề ngồi, trơng giống than chì Nhóm nghiên cứu đun nóng hỗn hợp gồm CO2 benzene với chất xúc tác nhiệt độ 150 ºC áp suất gấp lần áp suất khơng khí Đầu tiên, chất xúc tác cho phép CO2 tạo thành hợp chất cacbamate bền, giống cacbamate thực vật Chất xúc tác cho phép phân tử benzene “bắt” nguyên tử oxy từ phân tử CO2 cacbamate, tạo phenol CO bền “CO dùng để tạo liên kết carbon-carbon mới”, Goettmann giải thích “Chúng tơi tiến hành bước việc sử dụng CO2 từ khơng khí làm ngun liệu đầu vào cho q trình tổng hợp hố học” Cơng nghệ lọc dầu tương lai giúp nhà hố học khơng cịn phải phụ thuộc q nhiều vào nhiên liệu hoá thạch việc tạo sản phẩm hoá học Nhiên liệu lỏng tạo từ CO, mà CO tách từ CO2, Goettmann khẳng định “Trong Đại chiến giới 36 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com lần thứ hai, Đức dùng CO lấy từ than đá để sản xuất nhiên liệu Trong năm 80 kỷ trước Nam Phi làm điều tương tự” Các nhà nghiên cứu tìm cách đưa phương pháp họ tới gần trình tổng hợp thực vật “Phản ứng benzene cung cấp nguồn lượng để tách CO2”, Goettmann nói “Nhưng thực vật ánh sáng” Chất xúc tác hấp thụ tia cực tím, nhóm chun gia tiến hành thử nghiệm để xem liệu ánh sáng thơng thường cung cấp nguồn lượng hay khơng Joe Wood, kỹ sư hố học Đại học Birmingham (Anh), nghiên cứu cách “làm đông” CO2 “Ngày có nhiều người quan tâm đến việc sử dụng CO2 làm nguyên liệu đầu vào ngành công nghiệp hố chất”, ơng nói Kỹ thuật Viện nghiên cứu chất keo mặt phân giới Max Planck chứng minh quy mô nhỏ hiệu suất thấp - khoảng 20%, Joe cho biết “Nhưng hứa hẹn”, ơng nói thêm: "Chất xúc tác tạo với chi phí thấp hoạt động nhiệt độ tương đối thấp” Những sản phẩm kỹ thuật phù hợp việc chế tạo dược phẩm thuốc trừ sâu V.4 Tình hình nghiên cứu „cơng nghệ than sạch“ Hiện nhiều nước bắt đầu nhận thức lại vai trị than có chương trình nghiên cứu sâu cơng nghệ xử lý sử dụng than đá Trung Quốc nước có nhiều than đá quan tâm đế công nghệ chế biến sử dụng than đá Nước địa áp dụng cơng nghệ khí hóa than Shell, coi công nghệ tiên tiến hiệu loạt nhà máy điện phân đạm Chính phủ Mỹ cấp tỷ USD cho chương trình nghiên cứu “Cơng nghệ than sạch”, mở đường cho việc xây dựng nhà máy liên hợp để sản xuất điện, khí tổng hợp, amoniac, urê metanol (Hình 12) 37 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 12: Mơ tả dự án Kenai Blue Sky VI TÌNH HÌNH, TIỀM NĂNG, TRIỂN VỌNG PHÁT TRIỂN CÁC SẢN PHẨM TỪ THAN TẠI VIỆT NAM Tổng trữ lượng than Việt Nam tính đến tháng 01 năm 2002 xác định khoảng 3,8 tỷ tấn, đó: - Than đá 3,4 tỷ - Than bùn 0,4 tỷ - Trữ lượng than đưa vào quy hoạch 2,5 tỷ Trong giai đoạn từ năm 2003 - 2010 Việt Nam tập trung đẩy mạnh cơng tác thăm dị đến mức -300 m, đồng thời triển khai việc tìm kiếm, điều tra mức -300 m bể than Quảng Ninh; bước thăm dò bể than đồng Bắc Bộ để phục vụ cho chiến lược phát triển lượng; vùng than khác bao gồm than bùn Tuyến mỏ than Quảng Ninh dài 150 km, từ đảo Kế Bào (Vân Đồn) đến Mạo Khê (Đông Triều) Than đá Quảng Ninh hầu hết thuộc dòng antraxit, loại than dồn ép thành tảng, cứng, tỷ lệ các-bon ổn định 80-90%, nhiệt lượng cao 7.350 - 8.200 kcal/ kg 38 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hiện nay, Quảng Ninh có ba trung tâm khai thác than: 1/Hịn Gai, Cẩm Phả, 2/ Dương Huy ng Bí, 3/ Mạo Khê Sản lượng than khai thác năm 2002 đạt 15 triệu tấn, xuất triệu Chỉ tính riêng Quảng Ninh, vài năm tới với đời loạt sở công nghiệp lớn (các nhà máy xi măng, nhiệt điện, phân bón, hóa chất, gạch chịu lửa ), nhu cầu than nhiên liệu than chế biến lớn (dự kiến khoảng triệu tấn/ năm) với xuất tăng; nhu cầu sử dụng than tăng nhanh năm tới, đòi hỏi ngành than đổi thiết bị, công nghệ, phương pháp quản lý để tăng nhanh sản lượng đáp ứng nhu cầu thị trường đảm bảo vệ sinh môi trường Ngành than chủ động hợp tác với đối tác nước khai thác chế biến than Một số mục tiêu cụ thể Chiến lược phát triển ngành Than là: “Đẩy nhanh việc nghiên cứu, triển khai dự án chế biến than theo hướng đa dạng hóa sản phẩm, tạo sản phẩm sạch, thân thiện với mơi trường, đặc biệt hố lỏng, khí hóa than nhằm nâng cao giá trị giá trị sử dụng than Phấn đấu sau năm 2020, lĩnh vực chế biến than nói chung hóa lỏng, khí hố than nói riêng phát triển rộng rãi, thay phần xăng dầu, khí đốt chiếm tỉ lệ đáng kể giá trị gia tăng ngành than” Về định hướng phát triển, Chiến lược có nêu: “Đẩy mạnh nghiên cứu cơng nghệ chiến biến than, bao gồm: chế biến than cám thành than cục, chế biến than antraxit dùng cho luyện kim, chế biến hố lỏng than khí hố than nhằm đa dạng hóa sản phẩm, nâng cao giá trị giá trị sử dụng than đảm bảo thân thiện với mơi trường Trong đó, cần đặc biệt coi trọng việc chế biến hóa lỏng, hóa khí than Phấn đấu sau năm 2010 có vài dự án thử nghiệm; sau 2015 xây dựng số sở chế biến, hóa lỏng khí hóa than; sau 2020 ngành chế biến than nói chung hóa lỏng than nói riêng phát triển rộng rãi, thay phần xăng dầu, khí đốt chiếm tỉ lệ đáng kể giá trị gia tăng ngành than” Trong thời gian qua, việc sử dụng than nước chủ yếu để thu lượng trì hoạt động nhà máy nhiệt điện từ than, nhà máy xi măng, luyện thép, sản xuất natri silicat, vật liệu xây dựng, thuỷ tinh, phân lân nung chảy, v.v dùng dân dụng Than làm nguyên liệu chuyển hoá chưa đáng kể Hiện có sở dùng than nguyên liệu sản xuất: 39 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Sản xuất amoniac urê Nhà máy Phân đạm Bắc Giang thuộc Công ty TNHH thành viên Phân Đạm Hố chất Hà Bắc ( dự kiến cơng suất từ 180 lên 480 nghìn urê/năm Hiện nay, Tổng Cơng ty Hố chất Việt Nam làm chủ đầu tư Nhà máy đạm từ than Ninh Bình cơng suất 560 nghìn urê/năm dự kiến hoạt năm 20102011 Ngồi ra, nhà máy có sản phẩm phụ, sản phẩm trung gian như: 500 nghìn amoniac/năm, công suất 36MW điện với sản lượng điện hàng năm lên đến 71,47 triệu kWh - Sản xuất metanol nằm dự án 10 nghìn tấn/năm chuẩn bị triển khai Công ty TNHH thành viên Phân Đạm Hoá chất Hà Bắc - Sản xuất CO2 lỏng rắn sở tận dụng lượng CO2 dư dây chuyền sản xuất Nhà máy Phân đạm Bắc Giang - Sản xuất đất đèn (CaC2) Nhà máy Đất đèn Tràng Kênh, v.v Hiện Việt Nam cơng nghệ cơng nghệ hố lỏng than sản xuất dầu từ than bắt đầu quan tâm chưa có sở áp dụng công nghệ sản xuất Như vậy, với trữ lượng than tương đối lớn, việc trọng phát triển cơng nghệ hóa lỏng, hóa khí than để sản xuất nhiên liệu tổng hợp, sản xuất điện hóa chất hướng quan trọng tương lai hóa học than nước ta 40 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO Xu Hao, Gengquan Dong, Yong Yang, Yuanyuan Xu, Yongwang Li, Chem Eng Technol 2007, 30, N°9, 1157 – 1165 Colin Baudouin, Conférence E.P.F.L – AISEN, novembre 2005 Jerald J Fletcher and Quingyun Sun et all., Twenty-First Annual International Pittsburgh Coal Conference, September 13-17, 2004, Osaka, Japan http://irv.moi.gov.vn/socuoithang/toancanhkhcn/2006 www.fossil.energy.gov/programs/powersystems/futuregen Thủ tướng Chính phủ, Quyết định số 20/2003/QĐ-TTg việc phê duyệt quy hoạch phát triển ngành Than Việt Nam giai đoạn 2003 2010 có xét triển vọng đến năm 2020 www.vinachem.com.vn 41 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC L ỤC Trang I MỞ ĐẦU II TÌNH HÌNH CHUYỂN HÓA, SỬ DỤNG THAN TRONG LĨNH VỰC PHÁT NĂNG LƯỢNG VÀ HĨA CHẤT III CƠNG NGHỆ CHUYỂN HỐ THAN 12 III.1 Cơng nghệ khí hố than 12 III.2 Chuyển hoá than thành nhiên liệu tổng hợp 15 III.3 Chuyển hoá than thành hoá chất 16 III.3.1 Sản xuất amoniac urê từ than 16 III.3.2 Sản xuất metanol từ than 17 III.3.3 Nhựa than đá 21 III.3.4 Hoá chất từ nguồn CO2 dư thừa (từ khí thải) trình đốt than 22 III.3.5 Đánh giá vai trị q trình chuyển hố than 23 IV ÁP DỤNG CÁC CƠNG NGHỆ CHUYỂN HĨA THAN 24 IV.1 Sản xuất lượng từ than 24 IV.2 Sản xuất dầu từ than 24 IV.3 Sản xuất amoniacvà phân urê từ than 25 IV.4 Sản xuất hoá chất khác từ than 26 IV.4.1 Sản xuất metanol 26 IV.4.2 Sản xuất CO2 32 IV.4.3 Sản xuất nhựa than 34 42 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com V CÁC PHÁT MINH MỚI TRONG LĨNH VỰC SỬ DỤNG VÀ CHẾ BIẾN THAN 34 V.1 Cơng nghệ khí hóa than lịng đất 34 V.2 Cơng nghệ Chu trình hỗn hợp hóa khí tích hợp 35 V.3 Sản xuất nhiên liệu từ CO2 36 V.4 Tình hình nghiên cứu „cơng nghệ than sạch“ 37 VI TÌNH HÌNH, TIỀM NĂNG, TRIỂN CÁC SẢN PHẨM TỪ THAN TẠI VIỆT NAM VỌNG PHÁT TRIỂN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 MỤC LỤC 42 43 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Th«ng tin phơc vơ lnh đạo _ chun hãa vµ sư dơng than Chịu trách nhiệm xuất TS Trần Kim Tiến Bản thảo TS Vũ Thị Thu Hà _ Giấy phép xuất số 302/XB-BC cấp ngày 5/6/1985 Nộp lưu chiểu tháng 01/2008 44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 45 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... áp dụng: - Quy trình khí hóa than đá áp suất khí (ACG) Đây quy trình sử dụng đa số nhà máy khí hóa than kiểu cũ, cỡ nhỏ Trung Quốc từ năm 1950 Thiết bị khí hóa sử dụng than cục có kích thước 25-27... biến than, bao gồm: chế biến than cám thành than cục, chế biến than antraxit dùng cho luyện kim, chế biến hố lỏng than khí hố than nhằm đa dạng hóa sản phẩm, nâng cao giá trị giá trị sử dụng than. .. HÌNH CHUYỂN HĨA, SỬ DỤNG THAN TRONG LĨNH VỰC PHÁT NĂNG LƯỢNG VÀ HĨA CHẤT III CƠNG NGHỆ CHUYỂN HỐ THAN 12 III.1 Cơng nghệ khí hố than 12 III.2 Chuyển hoá than thành nhiên liệu tổng hợp 15 III.3 Chuyển