Nghiên cứu sự ảnh hưởng của điều kiện đầu vào của lò khí hóa đến thành phần của syngas

Lê Ngọc Thiện, Trần Xuân Toàn NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CÁC ĐIỀU KIỆN ĐẦU VÀO CỦA LỊ KHÍ HĨA ĐỀN THÀNH PHẦN CỦA SYNGAS - 2021 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN ĐẦU VÀO CỦA LỊ KHÍ HĨA ĐẾN THÀNH PHẦN CỦA SYNGAS Người hướng dẫn: Th.S Phùng Minh Tùng Sinh viên thực hiện: Lê Ngọc Thiện 1811504210140 18DL1 Trần Xuân Toàn 1811504210144 18DL1 Đà Nẵng, 02/2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN ĐẦU VÀO CỦA LÒ KHÍ HĨA ĐẾN THÀNH PHẦN CỦA SYNGAS Người hướng dẫn: Th.S Phùng Minh Tùng Sinh viên thực hiện: Lê Ngọc Thiện 1811504210140 18DL1 Trần Xuân Toàn 1811504210144 18DL1 Đà Nẵng, 02/2022 NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN TÓM TẮT Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện đầu vào lò khí hóa đến thành phần syngas Sinh viên thực hiện: Lê Ngọc Thiện Trần Xuân Toàn Mã SV: 1811504210140 1811504210144 Lớp: 18DL1 18DL1 Cấu trúc đồ án gồm chương: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỂ TÀI - Tình trạng rác thải Khái quát chung biomass Khái quát công nghệ syngas CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Nguyên liệu sản xuất khí syngas Nguyên lý lị hóa khí syngas Các kiểu lị Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình khí hóa sinh khối CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ - Sơ đồ hệ thống thực nghiệm Quy trình thực nghiệm - Mơ tả q trình vận hành hệ thống lị khí hóa tầng cố định Đánh giá kết q trình khí hóa TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA CƠ KHÍ CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: Th.S Phùng Minh Tùng Sinh viên thực hiện: Lê Ngọc Thiện Trần Xuân Toàn Mã SV: 1811504210140 Mã SV: 1811504210144 Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện đầu vào lị khí hóa đến thành phần syngas Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Tài liệu biomass - Bài báo khoa học RDF Nội dung đồ án: - Tìm hiểu RDF cơng nghệ syngas - Sự ảnh hưởng điều kiện đầu vào lị khí hóa đến thành phần syngas - Kiểm nghiệm thực tế đánh giá Các sản phẩm dự kiến Tạo syngas có tỷ lệ lớn Tiến tới hồn thiện sản phẩm sử dụng cho động đốt với nhiên liệu syngas Ngày giao đồ án: 10/9/2021 Ngày nộp đồ án:22/ 2/2022 Trưởng Bộ môn Đà Nẵng, ngày 22 tháng 02 năm 2022 Người hướng dẫn LỜI NÓI ĐẦU Nguồn lượng sinh khối (biomass) từ phụ phẩm nông, lâm nghiệp Việt Nam lớn, việc tìm hiểu cơng nghệ thiết bị để khai thác nguồn lượng tái tạo cần thiết, bối cảnh thiếu hụt lượng ngày trở nên trầm trọng nước ta Sử dụng biomass vừa nhằm giảm việc sử dụng nguồn lượng truyền thống thuỷ điện, dầu mỏ than đá vừa làm giảm phát thải khí nhà kính, giảm ô nhiễm môi trường Bài thuyết minh nhằm giới thiệu cơng nghệ khí hố (Gasification) khai thác nguồn lượng biomass từ phụ phẩm nông, lâm nghiệp để phát điện quy mơ nhỏ cho hộ, nhóm hộ gia đình, sở xay xát Năng lượng đóng vai trò quan trọng phát triển kinh tế Nền kinh tế phát triển nhu cầu lượng lớn dẫn đến suy giảm nhanh chóng nguồn nhiên liệu hóa thạch, đẩy giá nhiên liệu (xăng dầu, than, khí ) lên cao gia tăng lượng khí CO2 thải vào khí quyển, gây nên hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu tồn cầu Do đó, ngồi nghiên cứu giải pháp sử dụng lượng tiết kiệm hiệu nghiên cứu, ứng dụng công nghệ nhằm phát triển, tạo nguồn lượng thay thế, bổ sung cho nguồn lượng hoá thạch cần quan tâm Nguồn lượng biomass từ phụ phẩm nông, lâm nghiệp (rơm, trấu, phoi bào, gỗ, xơ dừa, vỏ cà phê, bã mía, thân lõi ngô, lạc ) nguồn lượng mới, lượng tái tạo cần quan tâm nghiên cứu khai thác Trên giới, công nghệ gasification (cơng nghệ khí hố) sử dụng phụ phẩm nông, lâm nghiệp để tạo gas cho đun nấu, hệ thống lò sưởi, chạy máy phát điện, chiết suất thành nhiên liệu khí hố lỏng ứng dụng nhiều Ở Việt Nam, công nghệ số sở nghiên cứu ứng dụng để chế tạo bếp khí hố đun nấu cho hộ gia đình tạo nhiệt cho hệ thống sấy nơng sản Tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu ứng dụng công nghệ gasification sử dụng phụ phẩm nông, lâm nghiệp để phát điện, nguồn nguyên liệu nước ta lớn Cơng nghệ khí hóa từ nhiên liệu rắn ứng dụng chúng để phục vụ cho đời sống, sản xuất cơng nghiệp có từ kỷ 17 Kỹ thuật hố khí giảm dần ngừng sau Chiến Tranh Thế Giới II, vào thời điểm mà nhiên liệu lỏng từ nguồn dầu mỏ sử dụng phổ biến Tuy nhiên trước khủng hoảng giới dầu mỏ (năm 1970), cơng nghệ khí hóa lại phục hồi phát triển mạnh mẽ, bước thay nhiên liệu hóa thạch, kỹ thuật hóa khí trở nên đại hơn, phục vụ nhiều i nhu cầu đời sống dân sinh, phục vụ sản xuất công nghiệp nhiều dạng lượng phức tạp Syngas khí tổng hợp bao gồm hỗn hợp khí chủ yếu hydro, cacbon monoxit chút cacbon dioxide Khí tổng hợp thường sản phẩm q trình khí hóa ứng dụng sản xuất điện sử dụng làm nhiên liệu động đốt Vì hướng dẫn nhóm em chọn đề tài : “ Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện đầu vào lị khí hóa đến thành phần syngas ” Chúng em xin trân trọng cảm ơn tập thể quý thầy giáo, giáo Khoa Cơ khí Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Đà Nẵng tận tình giúp đỡ tạo điều kiện cho bọn em q trình nghiên cứu thực đồ án Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Th.S Phùng Minh Tùng người hướng dẫn, bảo tận tình tạo điều kiện thuận lời để giúp chúng em hoàn thành đồ án ii CAM ĐOAN Nhóm em xin cam đoan đề tài : “ Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện đầu vào lị khí hóa đến thành phần syngas’’ tiến hành cách minh bạch rõ ràng với giúp đỡ thầy Th.S Phùng Minh Tùng Đề tài không trùng lặp với đề tài đồ án tốt nghiệp trước Mọi số liệu, thông tin sử dụng tính tốn có tài liệu nguồn gốc rõ ràng, theo quy định Thay mặc nhóm sinh viên thực Lê Ngọc Thiện iii MỤC LỤC Nhận xét giảng viên hướng dẫn Nhận xét giảng viên phản biện Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án LỜI NÓI ĐẦU i CAM ĐOAN .iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ vii DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ix MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Tình trạng rác thải 1.1.1 Tình trạng rác thải sinh hoạt 1.1.2 Giải pháp cách xử lý 1.1.3 Tình trạng phụ phẩm nông nghiệp 1.1.4 Giải pháp cách xử lý 1.2 Khái quát chung biomass 10 1.2.1 Khái niệm biomass 10 1.2.2 Áp dụng công nghệ nhiệt hóa học để chuyển hóa sinh khối (phế phẩm nông nghiệp) thành nhiên liệu 13 1.3 Khái quát công nghệ syngas 15 1.3.1 Khái niệm syngas 15 1.3.2 Khí hóa sinh khối 16 1.3.3 Các cơng nghệ khí hóa sinh khối 16 1.3.4 Ứng dụng 17 1.3.5 Sử dụng syngas cho động động đốt 19 1.3.6 Sử dụng syngas cho động xăng 19 1.3.7 Sử dụng syngas cho động diesel 20 iv Nhiệt độ phản ứng vùng cháy (oc) Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện đầu vào lị khí hóa đến thành phần syngas Biểu đồ ảnh hưởng khối lượng nhiên liệu đến suất hóa khí 800 700 600 500 G2 400 G1 300 G3 200 100 105 95 100 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 Thời gian (phút) Hình 15: Biểu đồ ảnh hưởng khối lượng nhiên liệu đến suất hóa khí Qua biểu đồ hình 15 ta có nhận xét: + Ở giai đoạn 40 phút tốc độ khí hóa khối lượng nhỏ nhanh + Ở giai đoạn 85 phút tốc độ khí hóa khối lượng lớn nhanh đặt suất lớn + Ở giai đoạn cuối tốc độ khí hóa gần nhau, thực nghiệm có lượng nhiên liệu nhiều thời gian khí hóa kéo dài - Căn vào biểu đồ tương quan số liệu khối lượng nguyên liệu lượng khí gas thu sau tường thí nghiệm ta có nhận xét: + Khi lượng nguyên liệu cấp vào tăng tổng lượng khí gas tăng lên + Giữa khối lượng nguyên liệu cấp vào tổng lượng khí thu khơng có mối tương quan theo tỷ lệ hàm chứng tỏ q trình hóa khí tiêu hao lượng nhiên liệu để sấy khô vùng nhiên liệu phía trước khí hóa - Như q trình vận hành lị hóa khí cần nạp tối đa lượng nhiên liệu tương ứng với thể tích buồng hóa khí nhằm mục đích tối đa tổn hao nhiệt để sấy ngun liệu trước hóa khí Sinh viên thực hiện: Lê Ngọc Thiện, Trần Xuân Toàn GVHD: Th.S Phùng Minh Tùng 50 Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện đầu vào lị khí hóa đến thành phần syngas 3.7 Đánh giá kết q trình khí hóa Thí nghiệm khí hóa thực liên tục q trình khí hóa đạt trạng thái ổn định (quan sát tốc độ dịng khí cấp, lửa nhiệt độ lửa trình cháy hỗn hợp khí) Khi thực nghiệm lị hoạt động khoảng 50 phút đạt nhiệt độ 400 oC với tốc độ gió 1,2m/s sản phẩm khí cháy đốt cháy ra( hàm lượng CO thấp) Hình 16: Khí syngas cháy nhiệt độ 400 oC Từ khoảng phút 65 sau nhiệt độ vùng cháy tiếp tục tăng đến khoảng 500oC đến ~600oC sản phẩm khí cháy mạnh Hàm lượng khí syngas lớn đạt nhiệt độ khoảng 600 oC Hình 17: Khí syngas cháy nhiệt độ 600 oC Sinh viên thực hiện: Lê Ngọc Thiện, Trần Xuân Toàn GVHD: Th.S Phùng Minh Tùng 51 Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện đầu vào lò khí hóa đến thành phần syngas KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ Kết luận - - Lượng syngas đầu đạt trạng thái ổn định nhiệt độ vùng cháy đạt khoảng 600oC với tốc độ gió đầu vào đạt khoảng (0,8 m/s -1,1m/s) Lị khí hóa khơng cấp nhiên liệu liên tục, thiết kế đơn giản, dễ vận hành, phù hợp với mục đích thí nghiệm, ứng dụng vào sản xuất 𝑘𝑔 Lị có lượng nhiên liệu tiêu thụ ̣ khoảng (0,8 ⁄ℎ) Việc khí hóa syngas hạn chế phát thải chất khí gây ô nhiễm Là nguồn lượng có sẵn dễ phục hồi bối cảnh nhiên liệu hóa thạch ngày cạn kiệt - Lị khí hóa góp phần bổ sung phần lượng điện cho quốc gia, đồng thời góp phần bảo vệ mơi trường, tăng thêm thu nhập cho người dân bán phụ phẩm nông lâm nghiệp Hướng phát triển - - Với hệ thống khí hóa: Cần nghiên cứu hoàn phát triển thêm hệ thống cấp liệu thải tro xỉ liên tục để vận hành liên tục với đa dạng nguồn sinh khối đầu vào Nghiên cứu điều khiển tự động hóa cho hệ thống, thiết kế hệ thống làm mát cho khí Với việc lị ngưng vận hành hệ thống khí hố lị cịn khí syngas cần nghiên cứu hệ thống tích trữ khí cho lần sử dụng Hệ thống nhiên liệu syngas – máy phát: Cần phải nghiên cứu thêm hệ thống hồ khí đầu vào cấp hỗn hợp khí vào động Sinh viên thực hiện: Lê Ngọc Thiện, Trần Xuân Toàn GVHD: Th.S Phùng Minh Tùng 52 Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện đầu vào lị khí hóa đến thành phần syngas TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Thị Minh Hạnh PTT Báo cáo môi trường quốc gia 2014- Chương Tác động ô nhiễm môi trường nông thôn 2018 [2] Gopal Gautam Parametric Study of a Commercial-Scale Biomass Downdraft Gasifier: Experiments and Equilibrium Modeling A thesis of Master of Science, 12/ 2010 [3] Báo cáo môi trường Quốc gia 2011 – Chất thải rắn [4] Tô Xuân Phúc, Lê Huy Trần, Tôn Quyền Nguyễn et al (2015) Xuất gỗ Việt Nam 2012 - 2014 MIKHEEV A, et Al (2003) Experimental study of syngas high-temperature plasma characteristics, Papers of Technical Meeting on Frontier Technology and Engineering, IEE Japan, Z0969A, ISSN: VOL FTE-03; NO.32-44; PAGE.37-42 [5] [6] John Scahill, et al (April 2006) Trace Metal Scavenging from Biomass Syngas Using Novel Sorbents, University of Alabama at Birmingham Lê Anh Tuấn (2011), Nghiên cứu sử dụng LPG cho động diesel Đề tài cấp bộ, Đại học Bách Khoa Hà Nội [7] [8] Woschni G, A Universally, Applicable Equation for the Instantaneous Heat Transfer Coefficient in Internal Combustion Engines, SAE paper 6700931 [9] Daya Nhuchhen, P Abdul Salam (2012) Experimental study on two –stage air supply downdraft gasifier and dual fuel, engine system Biomass Conversion and Biorefinery 2, pp 159-168 [10] Báo phủ phụ phẩm nơng nghiệp: Nguồn tài ngun bị lãng phí 10/09/2021 [11] Ajay Kumar et al Thermochemical Biomass Gasification:Areviewof the CurrentStatus of the Technology Energies, 2, 2009, pp556-581 [12] Katelijn van den Berg, Duong Cam Thuy (2018) “Đánh giá công tác quản lý chất thải rắn sinh hoạt chất thải công nghiệp nguy hại” NXB Hồng Đức, Hà Nội Sinh viên thực hiện: Lê Ngọc Thiện, Trần Xuân Toàn GVHD: Th.S Phùng Minh Tùng 53 Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện đầu vào lị khí hóa đến thành phần syngas PHỤ LỤC Phụ lục 1 Bản vẽ lắp ghép chi tiết lị khí hố Phụ lục Bản vẽ cắt mơ hình lắp ghép chi tiết lị khí hố Phụ lục Bản vẽ thân lị khí hố Phụ lục Bản vẽ khung chân Phụ lục Bản vẽ lưới tổ ong Phụ lục Bản nắp đậy Phụ lục Bản vẽ chặn nắp Phụ lục Bản vẽ tay quay mở nắp Phụ lục Bản vẽ cảm biến nhiệt độ thân lò Phụ lục 10 Bản vẽ cảm biến nhiệt độ ống Sinh viên thực hiện: Lê Ngọc Thiện, Trần Xuân Toàn GVHD: Th.S Phùng Minh Tùng 54 Phụ lục 1.1 Phụ lục 1.2 Phụ lục 1.3 Phụ lục 1.4 Phụ lục 1.5 Phụ lục 1.6 Phụ lục 1.7 Phụ lục 1.8 Phụ lục 1.9 Phụ lục 1.10 ... Minh Tùng 32 Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện đầu vào lị khí hóa đến thành phần syngas liệu ban đầu khác (về độ ẩm độ tro) mà không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng khí Với cơng nghệ khí hóa tầng sơi... Tùng 34 Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện đầu vào lò khí hóa đến thành phần syngas dẫn khơng khí chứa oxy vào đốt cháy hỗn hợp C + CO + H2 + CO2 + H2O Sản phẩm khí sau đốt lại CO2 + H2O phần khí N2... thành nhiên liệu) TBKH: Thiết bị khí hóa ix Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện đầu vào lò khí hóa đến thành phần syngas MỞ ĐẦU Đứng trước u cầu cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, nhu cầu sử dụng lượng