Thiết kế, lắp đặt bộ cảm biến nhiệt độ và đo đạc nhiệt độ thân lò khí hóa

Các số liệu, tài liệu ban đầu: Hướng ứng dụng công nghệ khí hóa từ trấu thải để sử dụng năng lượng nhiệt sấy nông sản và năng lượng điện phục vụ nhà máy xay xát quy mô vừa và nhỏ.. Từ nh

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:

THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT BỘ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ

VÀ ĐO ĐẠC THÂN LÒ KHÍ HÓA

Người hướng dẫn: Th.S Phùng Minh Tùng Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Hoàng Ân 1811504210101 18DL1

Lê Hoàng Bảo 1811504210103 18DL1 Nguyễn Hoàng Long 1811504210120 18DL1

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:

THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT BỘ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ

VÀ ĐO ĐẠC NHIỆT ĐỘ THÂN LÒ KHÍ HÓA

Người hướng dẫn: Th.S Phùng Minh Tùng

Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Hoàng Ân 1811504210101 18DL1

Lê Hoàng Bảo 1811504210103 18DL1 Nguyễn Hoàng Long 1811504210120 18DL1

Đà Nẵng, 06/ 2022NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Cấu trúc đồ án gồm 4 chương sau:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỒ ÁN

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

lúc vận hành lò khí hóa, từ đó nắm được quy trình và tiến hành vận hành

lò khí hóa để sản xuất syngas một cách hiệu quả

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT HỆ THỐNG CẢM BIẾN VÀ THIẾT BỊ LIÊN QUAN

thiết để lò khí hoá hoạt động và kiểm tra các thông số liên quan

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: ThS Phùng Minh Tùng

1 Tên đề tài:

Thiết kế, lắp đặt bộ cảm biến nhiệt độ và đo đạc nhiệt độ thân lò khí hóa

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

Hướng ứng dụng công nghệ khí hóa từ trấu thải để sử dụng năng lượng nhiệt sấy nông

sản và năng lượng điện phục vụ nhà máy xay xát quy mô vừa và nhỏ Biên soạn:

Trung tâm Thông tin Khoa học và Công nghệ TP HCM

Luận án tiến sĩ- Nghiên cứu ứng dụng khí tổng hợp từ sinh khối cho động cơ DIESEL

phát điện cỡ nhỏ - Bùi Văn Chinh …

3 Nội dung chính của đồ án:

- Tìm hiểu về RDF và công nghệ syngas

- Xác định các thiết bị liên quan đến vận hành lò khí hoá

- Thiết kế, lắp đặt bộ cảm biến nhiệt độ

- Tiến hành đo đạc nhiệt đọ thân lò khí hóa

LỜI NÓI ĐẦU

Nguồn nhiên liệu truyền thống có mức độ phát thải cao, ảnh hưởng đến môitrường và sức khỏe con người và sẽ dần bị cạn kiệt trong tương lai gần Do vậy, nhiệm

vụ cấp bách đặt ra cho các nhà khoa học là cần tìm ra các nguồn năng lượng sạch, rẻ,dồi dào để thay thế cho nguồn nhiên liệu hóa thạch Từ nhiều thập k nay các nhà khoahọc trên thế giới đã tập trung tìm các nguồn nhiên liệu thay thế nhiên liệu hóa thạchnhư năng lượng mặt trời, năng lượng sóng biển, năng lượng gió và đặc biệt là nănglượng sinh học được sản xuất từ thực vật và các chất thải sinh hoạt, công nghiệp Hơnnữa, việc sử dụng sinh khối cũng góp phần làm giảm phát thải CO2 ra bầu khí quyển.Nhận thấy rằng một số quốc gia thay thế than bằng nhiên liệu có nguồn gốc từ rác thải

đến bãi chôn lấp Chi phí sản xuất năng lượng thông qua khí hóa nhiên liệu có nguồngốc từ rác thải được ước tính là 0,05 USD / kWh [0]

Cung cấp năng lượng liên tục và xử lý chất thải thích hợp luôn là những tháchthức toàn cầu đòi hỏi phải liên tục nghiên cứu và phát triển Việc xử lý chất thải đúngcách và đảm bảo an sinh công cộng cần được tăng cường và kết hợp khi hỗ trợ các giátrị kinh tế chung Tuy nhiên, nguồn cung cấp năng lượng toàn cầu chủ yếu tập trungvào việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch dẫn đến việc khai thác và sử dụng quá mức, dẫnđến tác động có hại đến môi trường, chẳng hạn như sản sinh ra khí nhà kính ở dạng

được khoảng 4300 triệu tấn và 57 triệu tấn vào năm 2018 Hơn nữa, tần suất tái sảnxuất của con người tăng lên, chất lượng cuộc sống được nâng cấp và quá trình côngnghiệp hóa sâu rộng đã làm tăng khối lượng chất thải phát sinh và nhu cầu năng lượngmột cách rõ ràng

Xử lý chất thải rắn trong sinh hoạt đang là vấn đề mang tính thời sự ở nhiều địaphương hiện nay tại Việt Nam Các giải pháp chôn lấp rác, đốt rác truyền thống ngàycàng bộc lộ những bất cập, khiến cho hệ thống xử lý rác lâu nay quá tải và ô nhiễmmôi trường ngày càng trở nên trầm trọng Ở nhiều địa phương, nhân dân rất bức xúc

và cản trở hoạt động của các bãi xử lý rác thải Hiện nay, nước ta có 29 % chất thải rắnđược xử lý đốt hoặc sản xuất phân hữu cơ; 71% chôn lấp trực tiếp và 6% chôn sau khiđốt.[0]

Công nghệ đốt rác phải đi kèm với việc xử lý sản phẩm cháy sau khi vận hànhgồm các chất khí thải gây ô nhiễm môi trường, khống chế phát sinh dioxin và furan.Nhận thấy vấn đề phân loại rác thải sinh hoạt chưa cao nên thành phần rác thải chứarất nhiều chất khó phân hủy như nylon, nhựa Khi đưa vào sản xuất phân compost sẽlàm trơ đất canh tác Do đó việc tiêu thụ phân compost rất khó khăn, không đạt nhưmong muốn Giải pháp chôn lấp hiện nay không còn là giải pháp được lựa chọn Vì

quỹ đất ngày càng giảm cộng với việc xử lý nước thải xung quanh khu vực chôn lấprất phức tạp Phương pháp thu hồi năng lượng từ rác thải là giải pháp đang được nhiềuquốc gia sản xuất và sử dụng.

Việc chuyển hóa rác thành điện cũng đã được bắt đầu ứng dụng ở nước ta Hiệnnay có ba phương pháp sản xuất điện từ rác thải Bao gồm: đốt rác trực tiếp tạo hơinước làm quay tuabin máy phát điện; Ủ rác để lấy khí biogas chạy máy phát điện, đây

là những phương pháp truyền thống đã được sử dụng phổ biến; Và cuối cùng là sảnxuất viên nén RDF để tạo syngas chạy máy phát điện Đối với hai phương án đầu cócác nhược điểm như tỉ lệ rác thải rắn cần phải xử lý lớn, tốn kém nhiều chi phí, vàchưa được giải quyết triệt để Phương pháp cuối cùng là tạo ra viên nén RDF, khí hóathành syngas để chạy máy phát điện đang là phương án có nhiều ưu điểm vượt trội.Phương pháp này tăng khối lượng và giảm thể tích, dễ dàng lưu trữ vận chuyển tăngtính đồng nhất; giảm phát thải khí nhà kính; tiết kiệm đất bãi chôn lấp

Vì vậy nhóm chúng em đã được hướng dẫn đề tài: “Thiết kế, lắp đặt bộ cảm biếnnhiệt độ và đo đạc nhiệt độ thân lò khí hóa

Chúng em xin trân trọng cảm ơn tập thể Quý thầy giáo, cô giáo của Khoa Cơ khíTrường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Đà Nẵng đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện chobọn em trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án

Cuối cùng nhóm xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy ThS Phùng MinhTùng người đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng

em hoàn thành tốt đồ án này

CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là đề tài riêng của nhóm, đề tài không trùng lặp với bất kỳ đề tài

đồ án tốt nghiệp nào trước đây Các thông tin, số liệu được sử dụng và tính toán đều từcác tài liệu có nguồn gốc rõ ràng, theo quy định

Thay mặt nhóm sinh viên thực hiện

Phạm Văn Hoàng Ân

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 3

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 4

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6

CAM ĐOAN iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ vi

MỞ ĐẦU 1

Mục tiêu của đề tài: 2

Phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ giới hạn trong phạm vi: 2

Phương pháp nghiên cứu: 2

Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài: 2

Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 3

1.1 Tình hình chung toàn cầu 3

1.1.1 Chất thải rắn đô thị 3

1.1.2 Sản xuất nhiên liệu có nguồn gốc từ chất thải ở một số quốc gia 4

1.1.3 Mô hình khí hoá 5

1.2 Thực trạng rác thải hiện nay tại Việt Nam 6

1.2.1 Trình trạng hiện nay 6

1.2.2 Chủ trương của Nhà nước trong việc xử lý rác thải 8

1.2.3 Các công nghệ khí hoá tại nước ta 9

1.3 Phát thải ưu điểm của khí hóa 11

1.4 Kết luận thực tiễn 12

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LÒ KHÍ HÓA VIÊN NÉN RDF TẠO SYNGAS……… 13

2.1 Giới thiệu khí hóa 13

2.1.1 Các nguyên tắc cơ bản 14

2.1.2 Phản ứng và biến đổi 15

2.1.3 Khí hoá chi tiết 16

2.1.4 Nhiệt động lực học và động học 17

2.2 Nguyên liệu rắn RDF sản xuất Syngas 19

2.3 Công nghệ Syngas 20

2.3.1 Khái niệm 20

2.3.2 Ứng dụng syngas 20

2.3.3 Thành Phần Syngas 21

2.4 Nguyên lý cơ bản của lò khí hoá 22

2.4.1 Lò có dòng khí đi từ dưới lên: 22

2.4.2 Lò có dòng khí đi từ trên xuống 23

2.4.3 Lò có hai vùng cháy, dòng khí đi ngang 24

2.4.4 Lò hóa khí tầng sôi 25

2.5 Lựa chọn phương án sản xuất khí 27

2.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khí hóa sinh khối 27

2.6.1 Kích thước nhiên liệu 27

2.6.2 Độ ẩm nhiên liệu 27

2.6.3 Chủng loại và đặc tính nhiên liệu 27

2.6.4 Ảnh hưởng của hệ số tỷ lệ không khí (ER) 28

2.6.5 Ảnh hưởng của giản đồ nhiệt độ trong lò 28

2.7 Yêu cầu của hệ thống tạo khí 28

Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM LÒ KHÍ HÓA 31

3.1 Thông số lò khí hoá 31

3.1.1 Chi tiết 32

3.2 Mô phỏng kiểm nghiệm 35

3.2.1 Qui trình vận hành 35

3.2.2 Kết quả thực nghiệm: 40

3.2.3 Thông tin mô hình 40

3.2.4 Thuộc tính vật liệu của tất cả chi tiết 42

Chương 4: THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT HỆ THỐNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ VÀ THIẾT BỊ LIÊN QUAN 43

4.1 Cảm biến nhiệt độ 43

4.1.1 Chi tiết hệ thống cảm biến 43

4.1.2 Sơ đồ mạch điện 45

4.1.3 Mô Hình Bộ nhiệt độ 46

4.1.4 Code chương trình 47

4.2 Phần mềm lưu data (PLX-DAQ): 57

4.3 Qui trình đo đạc và xử lí số liệu nhiệt độ 58

4.3.1 Biểu đồ Phân bố nhiệt độ thân lò khí hóa 58

4.4 Bơm thổi khí 59

4.4.1 Tính năng cần có 59

4.4.2 Yêu cầu 59

4.4.3 Vị trí lắp đặt 60

4.5 Thiết bị đo lưu lượng hoặc tốc độ gió 60

4.5.1 Tính năng cần có 60

4.5.2 Yêu cầu 60

4.5.3 Vị trí lắp đặt 61

KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

PHỤ LỤC 1

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 2 1 Thành phần khí Syngas [ 18] 21

Bảng 2 2 Tổng hợp các phản ứng hóa học trong các giai đoạn hóa khí 29

Bảng 3 2 Chú thích bảng vẽ 34

Bảng 3 3 Thông số ngoại hình chi tiết chính 42

Bảng 4 1 Code chương trình cảm biến nhiệt độ cho Mega2560 4

Hình 1 1 Chất thải rắn đô thị được tạo ra tính bằng triệu tấn [7] 3

Hình 1 2 Sản xuất nhiên liệu có nguồn gốc từ chất thải ở một số quốc gia 4

Hình 1 3 Mô hình khí hoá BEEL – Beltran để xử lý chất thải sinh khối 5

Hình 1 4 Nhà máy khí hóa sinh khối của Vaskiluodon Voima Oy 6

Hình 1 5 Nhìn từ trên không của nhà máy Vaskiluodon Voima Vaasa 6

Hình 1 6 Trình trạng rác thải tại Việt Nam 7

Hình 1 7 Nhà máy xử lý rác thải ở Đà Nẵng 8

Hình 1 8 Những mô hình khí hoá ứng dụng với quy mô nhỏ 9

Hình 1 9 Thiết bị khí hóa sinh khối theo mẻ ứng dụng cho sao sấy quy mô trung bình -2016 9

Hình 1 10 Bếp khí hóa Tinh Tế 2015 – Một trong những mẫu bếp khí hóa gia dụng được CCS đồng phát triển 10

Y Hình 2 1 Mô tả của quá trình khí hóa than tổng hợp 14

Hình 2 2 Các phản ứng biến đổi trong quá trình khí hoá 16

Hình 2 3 Quy trình sản xuất RDF 19

Hình 2 4 Hình dạng viên nén từ gỗ keo 19

Hình 2 5 Ứng dụng của syngas 20

Hình 2 6 Buồng đốt hóa khí có dòng khí từ dưới lên 23

Hình 2 7 Buồng đốt hóa khí có dòng khí từ trên xuống 24

Hình 2 8 Buồng đốt hóa khí có dòng khí chéo nhau 25

Hình 2 9 Buồng đốt hóa khí tầng sôi 26

Hình 3 1 Vị trí các vùng quang trọng 31

Hình 3 2 Tổng thể lò khí hoá 31

Hình 3 3 Mô hình thiết kế lò khí hoá bằng phần mềm Solidworks 32

Hình 3 4 Cắt mô hình thiết kế lò khí hoá bằng phần mềm Solidworks 33

Hình 3 5 Cấu hình hiện tại mặc định 41

Hình 3 6 Thông số thuộc tính vật liệu 42

Hình 4.1 Mạch Mega2560 43

Hình 4 2 Đầu dò cảm biến nhiệt độ K WRN-187 44

Hình 4 3 Module cảm biến nhiệt độ max6675 44

Hình 4 4 Màn hình LCD 1602A kèm I2C 45

Hình 4 5 Sơ đồ mạch điện hệ thống cảm biến nhiệt độ 45

Hình 4 6 Vị trí gắn cảm biến 46

Hình 4 7 Máy thổi, hút khí RESUN GF180 59

Hình 4 8 Vị trí gắn bơm 60

Hình 4 9 Vị trí gắn thiết bị đo lưu lượng 61

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

Xã hội hiện đại luôn cần thêm năng lượng để duy trì hoạt động và phát triển.Nhiên liệu từ rác thải sẽ mang đến các giải pháp mới để sản xuất điện thân thiện vớimôi trường, tạo ra lợi nhuận, đồng thời giảm thiểu việc chôn lấp hay xử lý rác gây ônhiễm

Năng lượng đóng vai trò rất quan trọng trong việc phát triển kinh tế, đời sống dânsinh, khi nền kinh tế càng phát triển, đời sống dân sinh càng nâng cao thì nhu cầu sửdụng năng lượng càng lớn, tuy nhiên nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt,

dự báo sẽ hết trong thời gian ngắn, đồng thời phát thải khí nhà kính từ các dạng nhiênliệu này tác động rất lớn đến môi trường là một trong những nguyên nhân chính gâybiến đổi khí hậu Nhằm giảm thiểu tác động đến biến đổi khí hậu ngoài ứng dụng cácbiện pháp sử dụng năng lượng từ nguồn nhiên liệu hóa thạch một cách phù hợp nhấtcòn đẩy mạnh công tác nghiên cứu ứng dụng công nghệ sử dụng nguồn năng lượng từcác nhiên liệu thay thế, nhiên liệu tái tạo là cần thiết

Việt Nam có điều kiện khí hậu để phát triển nhiều loại cây làm nguyên liệu chonhiên liệu sinh học, có nhiều loại sinh khối, thế mạnh để phát triển nguồn nhiêu liệunày Sinh khối là các phế phẩm từ nông nghiệp (rơm rạ, bã mía, vỏ, xơ bắp), phế phẩmlâm nghiệp (lá khô, vụn gỗ), giấy vụn, metan từ các bãi chôn lấp, trạm xử lý nước thải,chất thải từ các trang trại chăn nuôi gia súc và gia cầm Nguyên liệu sinh khối có thểđược sử dụng ở dạng rắn, lỏng hoặc khí

Thì mới đây hội nghị COP26 (1-12-2021) là hội nghị thượng đỉnh của Liên HợpQuốc về biến đổi khí hậu Trong đó Việt Nam đặt mục tiêu: Đạt mức phát thải ròngbằng 0 vào năm 2050 Đảm bảo mục tiêu nhiệt độ Trái đất không tăng thêm quá 1,5 độ

C vào cuối thế kỷ 21 Đồ án này xem như là một trong những giải pháp công nghệmang tính lâu dài, bền vững để đạt được mục tiêu đó

Việc sử dụng nguồn năng lượng này vào nhiều mục đích khác nhau trong đó cóđộng cơ đốt trong là cần thiết, đồ án thành công sẽ góp phần nhỏ về sử dụng nguồnnăng lượng thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch

Trước những yếu tố trên là một sinh viên của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật

- Đại Học Đà Nẵng chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô, đã nắm bắt được nhữngcông nghệ phù hợp với xu hướng hiện nay, dưới sự hướng dẫn làm đồ án tốt nghiệp

của thầy Th.S Phùng Minh Tùng đã dẫn dắt chúng em xây dựng và hoàn thành đồ ánnày.

Mục tiêu của đề tài: là nghiên cứu sử dụng nhiên liệu Syngas thay thế nhiên liệu

hóa thạch cho động cơ đánh lửa cưỡng bức tĩnh tại cỡ nhỏ Thiết kế chế tạo hệ thốngkhí Syngas dựa trên hệ thống khí hóa biomass

Phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ giới hạn trong phạm vi:

tính để so sánh và đưa ra nhận xét cơ bản về sự khác nhau của nhiệt độ ởcác vùng cháy tới quá trình phản ứng

Phương pháp nghiên cứu:

tổng hợp; Tìm kiếm tài liệu, thu thập thông tin, dựa trên các công trình đãcông bố về hệ thống tạo khí biomass và sử dụng khí Biomass cho động cơđốt trong Thiết kế, chế tạo hệ thống tạo khí Syngas

Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài:

nhiên liệu Syngas thay thế một phần nhỏ cho nhiên liệu hóa thạch là phùhợp với điều kiện Việt Nam hiện nay Đồng thời góp phần giảm thiểu phátthải khí nhà kính, bảo vệ môi trường, ngăn ngừa biến đổi khí hậu và tăngthu nhập cho người nông dân khi bán các loại phế phẩm này

Cấu trúc đồ án gồm có 5 chương:

Chương 1: Tổng quan đồ án

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Nghiên Cứu Thực nghiệm lò khí hóa

Chương 4: Thiết kế, lắp đặt hệ thống cảm biến nhiệt độ và thiết bị liên quan

Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Tình hình chung toàn cầu

1.1.1 Chất thải rắn đô thị

Chất thải rắn đô thị, còn được gọi chung là hỗn hợp rác hoặc rác, đại diện chomột loại vật phẩm không mong muốn không nguy hại được cung cấp liên tục bởi conngười Kể từ vài thập kỷ trước cho đến nay, việc xử lý chất thải rắn đô thị luôn là mộtthách thức gay gắt do dân số ngày càng mở rộng Ngoài ra, do sự bùng phát của dịchbệnh coronavirus mới 2019, sau đó là chính sách đóng cửa khẩn cấp và ở nhà đượcthực thi ở hầu hết các quốc gia, sự gia tăng chưa từng có trong chất thải rắn đô thị,chẳng hạn như việc sử dụng bao bì nhựa ngày càng tăng với khoảng hơn 6000 tấn mỗi

năng đạt 2,6 tỷ tấn vào năm 2030 [0] Hình 1.1 minh họa khối lượng chất thải rắn đôthị được tạo ra trên toàn cầu [0] Việc đổ chất thải rắn đô thị không đúng cách vẫnđang được thực hiện mặc dù đã được báo cáo rộng rãi về những tác động có hại và lâudài đối với sức khỏe con người và môi trường như ô nhiễm không khí và nước [0] Vìvậy, việc nghiên cứu công nghệ thân thiện với môi trường và thiết thực hơn để chuyểnchất thải rắn đô thị ra khỏi bãi rác lộ thiên là một nhu cầu cấp thiết

Hình 1 1 Chất thải rắn đô thị được tạo ra tính bằng triệu tấn [7]

1.1.2 Sản xuất nhiên liệu có nguồn gốc từ chất thải ở một số quốc gia

Việc phát triển năng lượng tái tạo là một nỗ lực không ngừng ở Hoa Kỳ kể từ khithực thi Đạo luật An ninh và Năng lượng Sạch Hoa Kỳ năm 2009 Hơn mười cơ sởchuyển hóa chất thải thành năng lượng đã được xây dựng để xử lý chất thải rắn đô thị

để lấy nhiên liệu từ rác thải làm nhiên liệu cho lò hơi Trên thực tế, các cơ sở này theođuổi quá trình xử lý khá toàn diện chất thải rắn đô thị và thu được nhiên liệu có chấtlượng tốt hơn so với việc khai thác năng lượng trực tiếp từ chất thải rắn đô thị trongcác cơ sở chuyển hóa chất thải thành năng lượng khác Hình 1.2 minh họa lượng nănglượng thu hồi từ chất thải rắn đô thị ở các quốc gia khác nhau Ngoài việc đạt đượcmục tiêu đầy tham vọng của họ là đáp ứng một phần mười nhu cầu điện thông quanăng lượng tái tạo [ 0], chất thải rắn đô thị thường được sử dụng để chất đống tại cácbãi chôn lấp sẽ được chuyển hướng làm nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu có nguồngốc từ rác thải Do đó, nhu cầu về nhiên liệu có nguồn gốc từ rác thải được ước tính sẽtăng lên đáng kể, ví dụ, khoảng 115 triệu tấn nếu nó được dự định thay thế 5% lượngthan sử dụng cho phát điện [ 0]

Hình 1 2 Sản xuất nhiên liệu có nguồn gốc từ chất thải ở một số quốc gia

Lượng năng lượng thu hồi từ chất thải rắn đô thị thông qua các nhà máy chuyểnhóa chất thải thành năng lượng ở quốc gia được chọn Nhật Bản, Scandinavia và Thụy

Sĩ đã thu hồi hầu hết năng lượng từ chất thải rắn đô thị do ít không gian mở cho bãichôn lấp Điều này cũng có thể chỉ ra rằng Nhật Bản, Scandinavia và Thụy Sĩ có nhiềunhà máy chuyển chất thải thành năng lượng tiên tiến và hiệu quả hơn để thu hồi nănglượng từ chất thải rắn đô thị

1.1.3 Mô hình khí hoá

Các mô hình số đã được thiết lập để ước tính các tham số và kết quả quá trình tối

ưu vì việc thử và sai sẽ không hiệu quả về chi phí và tốn nhiều thời gian [0] Songsong với những tiến bộ trong lập trình kết hợp với phần cứng tính toán công nghệ cao,các mô phỏng số phức tạp và các phép tính phức tạp dễ dàng được thực hiện trongnhững thập kỷ qua Mặc dù vậy, nhiều bài báo đã được xuất bản về mô hình khí hóasinh khối [0] và khí hóa nhiên liệu có nguồn gốc từ rác [0], các nỗ lực phối hợp vẫnđược yêu cầu để đóng góp những phát hiện mới vào cơ sở dữ liệu hiện có vì có vô sốloại sinh khối với các thành phần hóa học khác nhau để nâng cao độ chính xác của môhình

Hình 1 3 Mô hình khí hoá BEEL – Beltran để xử lý chất thải sinh khối

Công nghệ chế biến của Beltran [0] để xử lý chất thải sinh khối bằng nhiệt và tạokhí tổng hợp, bao gồm cả điện và nhiệt năng được áp dụng cho nhiều loại chất thảisinh khối, bao gồm:

- Nguyên liệu gỗ và gỗ

- Chất thải nông nghiệp như gáo dừa, vỏ cọ, v.v

- Chất cháy được thu hồi từ chất thải đô thị và chất thải công nghiệp (RDF)

- Bùn thải khô của các nhà máy xử lý nước thải

- Chất thải cao su và nhựa bao gồm chất thải lốp xe

- Chất thải hóa học và dầu

- Các vật liệu rắn không nguy hại dễ cháy khác

Hình 1 4 Nhà máy khí hóa sinh khối của Vaskiluodon Voima Oy

Hình 1 5 Nhìn từ trên không của nhà máy Vaskiluodon Voima Vaasa

1.2 Thực trạng rác thải hiện nay tại Việt Nam

1.2.1 Trình trạng hiện nay

Quá trình đô thị hóa, cùng với việc tăng trưởng kinh tế và dân số một cách nhanhchóng đang tạo ra lượng chất thải ngày càng tăng cao, với khối lượng phát sinh chấtthải ở Việt Nam tăng gấp đôi trong vòng chưa đầy 15 năm Tổng lượng chất thải phátsinh trong năm 2015 ước đạt trên 27 triệu tấn Với tốc độ tăng trưởng dự báo về phátsinh chất thải rắn sinh hoạt là 8,4%/năm đối với khu vực đô thị và tổng mức độ tăng

dự báo khoảng 5% mỗi năm, tổng lượng chất thải ước trên cả nước tính tăng lên 54triệu tấn vào năm 2030 Đối với ba khu vực thuộc : tại Hà Nội, tổng lượng chất thảiước tính tăng 4,75% hàng năm lên 5,6 triệu tấn/năm vào năm 2030; tại Phú Thọ, tổnglượng chất thải dự kiến tăng hàng năm là 5,10% và đạt gần 1 triệu tấn vào năm 2030;

và tại Hải Phòng, nơi có dân số nông thôn cao hơn, tổng lượng chất thải được ước tínhgia tăng hàng năm 3,2% và đạt 1,15 triệu tấn vào năm 2030 Theo báo cáo môi trườngquốc gia năm 2011, khối lượng rác thải tại đô thị trên toàn quốc tăng trung bình 10-16

°% mỗi năm, trong đó 60-70% tổng số lượng rác thải đô thị và tại một số đô thị hoạtđộng sinh ra Khối lượng rác thải sinh hoạt phát sinh toàn quốc năm 2014 khoảng 23triệu tấn tương ứng với khoảng 63.000 tấn/ngày, trong đó rác thải hoạt động đô thịphát sinh khoảng 32.000 tấn/ngày Chỉ riêng tính tại thành phố Hà Nội và thành phố

Hồ Chí Minh, khối lượng rác thải sinh hoạt là: 6.420 tấn/ngày và 6.739 tấn/ ngày.Trong khi đó nếu tính theo địa chỉ (hay vùng phát triển kinh tế - xã hội) thì các đô thịĐông Nam Bộ có lượng rác thải sinh hoạt lớn nhất tới 6.713 tấn/ngày hoặc 2.450.245tấn/năm (chiếm 37,94 °% tổng lượng phát chất rắn sinh hoạt các đô thị loại III trở lêncủa cả nước), tiếp theo là các khu đô thị Đồng bằng sông Hồng có lượng phát rác thải

đô thị là 4.441 tấn/ngày hay 1.622.060 tấn/năm (chiếm 25,12%) Các đô thị khu vựcmiền núi Tây Bắc Bộ có lượng phát rác thải sinh hoạt đô thị thấp nhất chỉ có 69.350tấn/năm (chiếm 1,07%), tiếp theo là các đô thị thuộc các vùng Tây Nguyên, tổng lượngphát rác thải sinh hoạt đô thị là 237.350 tấn năm (chiếm 3,68%) [0]

Hình 1 6 Trình trạng rác thải tại Việt NamNgoài khu vực đô thị thì ở nhiều vùng nông thôn trong cả nước, không khó đểbắt

gặp những bãi rác tự phát cạnh con đường liên thôn, liên xã Thậm chí, rác thải sinhhoạt còn được người dân thiếu ý thức đóng thành bao ném xuống sông, trên các kênh,rạch, sông suối… Các loại rác này đang được thải ra môi trường nông thôn mỗi ngày

mà phần lớn là chưa qua xử lý, hoặc xử lý không đạt tiêu chuẩn, gây ô nhiễm môitrường Thực trạng đó đang gióng lên hồi chuông cảnh báo tình trạng ô nhiễm môitrường nghiêm trọng ở nhiều vùng nông thôn trong cả nước

Theo thống kê của Bộ Tài nguyên và Môi trường cho thấy, lượng chất thải sinhhoạt nông thôn trong cả nước khoảng 32.000 tấn/ngày Tỷ lệ thu gom còn thấp, trungbình đạt khoảng 40 - 50% so với lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh Tỷ lệ thu gomchất thải rắn sinh hoạt tại các vùng nông thôn ven đô hoặc các thị trấn, thị tứ cao hơn

tỷ lệ thu gom chất thải rắn sinh hoạt tại các vùng sâu, vùng xa Hiện có khoảng 71%chất thải rắn sinh hoạt vẫn chủ yếu được xử lý theo hình thức chôn lấp, chỉ 16% được

xử lý tại các nhà máy chế biến sản xuất phân và 13% được xử lý bằng phương phápđốt [15]

1.2.2 Chủ trương của Nhà nước trong việc xử lý rác thải

Tình trạng ô nhiễm môi trường do chất thải rắn gây ra vẫn tiếp tục gia tăng, ảnhhưởng đến sức khỏe con người và sự phát triển bền vững của đất nước Tại một số địaphương, việc lưu giữ, tập kết, trung chuyển và xử lý chất thải rắn sinh hoạt (gọi là rácthải) chưa đáp ứng các yêu cầu bảo vệ môi trường đã dẫn đến việc xuất hiện các điểm

“nóng” về môi trường, gây ra nguy cơ mất an ninh trật tự và an toàn xã hội

Hình 1 7 Nhà máy xử lý rác thải ở Đà Nẵng

1.2.3 Các công nghệ khí hoá tại nước ta

Biomass Gasification - VCBG

Hình 1 8 Những mô hình khí hoá ứng dụng với quy mô nhỏ

Hình 1 9 Thiết bị khí hóa sinh khối theo mẻ ứng dụng cho sao sấy quy mô trung bình

-2016

Hình 1 10 Bếp khí hóa Tinh Tế 2015 – Một trong những mẫu bếp khí hóa gia dụng

được CCS đồng phát triển

Nhìn chung tại Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu về nhiên liệu khíhoá nhưng thực chất chưa được áp dụng rộng rãi và phổ biến đi kèm theo đó là giáthành khá cao Dường như mọi người đều chưa hiểu biết và sẵn sàng sử dụng côngnghệ khí hoá

1.3 Phát thải ưu điểm của khí hóa

Đặc trưng, các quy trình dựa trên khí hóa để sản xuất điện dẫn đến phát thải cácchất ô nhiễm thấp hơn nhiều so với đốt than thông thường Điều này có thể bắt nguồn

từ sự khác biệt cơ bản giữa khí hóa và đốt cháy: trong quá trình đốt, không khí vànhiên liệu được trộn lẫn, đốt cháy và sau đó cạn kiệt ở gần áp suất khí quyển, trong khitrong quá trình khí hóa oxy thường được cung cấp cho bộ khí hóa và chỉ đủ nhiên liệuđược đốt cháy để cung cấp đun nóng để

khác không cần thiết trong phản ứng cháy, nên khí cháy ít đậm đặc hơn khí tổnghợp được tạo ra từ cùng một loại nhiên liệu Do đó, các chất ô nhiễm trong khí thải đốtcháy có nồng độ thấp hơn nhiều so với khí tổng hợp, nên khó loại bỏ chúng Hơn thếnữa, khí hóa thường được vận hành ở áp suất cao (so với quá trình đốt cháy ở gần môitrường xung quanh) Những lợi thế vốn có trong việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm khítổng hợp trước khi sử dụng khí tổng hợp xuất hiện như sau:

nhiều sẽ được tìm thấy trong khí thải đốt cháy, cải thiện gỡ bỏ;

mặt kỹ thuật dễ dàng và kinh tế hơn nhiều so với việc thu giữ và chuyển

chất hoặc để bán như một sản phẩm phụ;

nhiên

các thiết bị chuyển đổi như tua-bin khí , do nhiễm bẩn, ăn mòn hoặc xóimòn vật liệu

1.4 Kết luận thực tiễn

Tương lai của ứng dụng nhiên liệu có nguồn gốc từ rác thải trên quy mô toàn cầudường như là một triển vọng đầy hứa hẹn khi xét đến độ chính xác và độ tin cậy củathiết kế mô hình và sản lượng công nghiệp/ thử nghiệm thời gian thực, được bổ sungthêm bởi tính cấp thiết trong việc giải quyết một trong những cuộc khủng hoảng môitrường sắp xảy ra của nhân loại Tuy nhiên, có một số thách thức cần được giải quyết

để đảm bảo việc áp dụng công nghệ này trên toàn thế giới một cách hợp lý và côngbằng Hiện nay, việc phát triển các cơ sở nhiên liệu có nguồn gốc từ rác thải tập trung

ở các nước lớn như Mỹ, Châu Âu, Trung Quốc, Nhật Bản và Ấn Độ Sự chuyển đổikinh tế và xã hội xảy ra ở các quốc gia khác cũng làm gia tăng các vấn đề về chất thảirắn đô thị đối với các quốc gia tương ứng [0] Các quốc gia châu Phi cận Sahara được

dự đoán sẽ đạt được số lượng dân số cao hơn đáng kể so với phần còn lại của thế giới,đặt họ vào vị trí độc nhất để tận dụng triệt để việc thiết lập các cơ sở nhiên liệu cónguồn gốc từ rác thải để giải quyết cơn ác mộng quản lý chất thải rắn đô thị sắp tới.Hơn nữa, sự phát triển của công nghệ nhiên liệu có nguồn gốc từ rác thải và thươngmại hóa công nghệ sau đó đóng một vai trò quan trọng trong việc thiết lập khái niệmkinh tế tuần hoàn trong các khía cạnh quản lý chất thải Nền kinh tế tuần hoàn đượcđịnh nghĩa là sự biến đổi hàng hóa có tuổi thọ đã hoàn thành thành tài nguyên để tái sửdụng, do đó khép lại vòng lặp trong hệ sinh thái công nghiệp đồng thời giảm thiểu chấtthải [0] Do đó, việc phát triển các cơ sở nhiên liệu có nguồn gốc từ rác thải ở các quốcgia phát triển và đang phát triển cũng như giữa các khu vực thành thị và nông thôn đặt

ra những thách thức đặc biệt

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LÒ KHÍ HÓA VIÊN NÉN RDF TẠO

SYNGAS

2.1 Giới thiệu khí hóa

Khí hóa là một quá trình công nghệ có thể chuyển đổi bất kỳ nguyên liệu thô(gốc cacbon) nào như than đá thành khí nhiên liệu, còn được gọi là khí tổng hợp Quátrình khí hóa xảy ra trong thiết bị khí hóa, nói chung là một bình có nhiệt độ/ áp suấtcao, nơi oxy (hoặc không khí) và hơi nước tiếp xúc trực tiếp với than hoặc nguyên liệucung cấp khác, gây ra một loạt phản ứng hóa học xảy ra chuyển đổi thành phần nguyênliệu thành khí tổng hợp và tro/ xỉ ( cặn khoáng) Syngas được gọi như vậy vì lịch sửcủa nó là chất trung gian trong sản xuất khí tự nhiên tổng hợp Được cấu tạo chủ yếu

khí tổng hợp có nhiều cách sử dụng Khí tổng hợp có thể được chuyển đổi (hoặc

thêm hơi nước và phản ứng trên chất xúc tác trong lò phản ứng chuyển hóa nước-khí.Khi hydro bị đốt cháy, nó không tạo ra gì ngoài nhiệt và nước, dẫn đến khả năng tạo

ra điện mà không có carbon dioxide trong khí thải Hơn nữa, hydro được tạo ra từ than

đá hoặc các nhiên liệu rắn khác có thể được sử dụng để lọc dầu hoặc tạo ra các sảnphẩm như amoniac và phân bón Quan trọng hơn, khí tổng hợp được làm giàu hydro

có thể được sử dụng để sản xuất xăng và nhiên liệu diesel Các nhà máy đa năng tạo

ra nhiều sản phẩm có thể duy nhất với các công nghệ khí hóa Carbon dioxide có thểđược thu giữ một cách hiệu quả từ khí tổng hợp, ngăn chặn sự phát thải khí nhà kínhcủa nó vào khí quyển và cho phép sử dụng nó (chẳng hạn như để thu hồi dầu tăngcường ) hoặc lưu trữ an toàn

Khí hóa cung cấp một giải pháp thay thế cho các cách thức chuyển đổi nguyênliệu thô như than đá, sinh khối và một số dòng thải thành điện năng và các sản phẩmhữu ích khác Những lợi thế của khí hóa trong các ứng dụng và điều kiện cụ thể, đặcbiệt là trong sản xuất điện sạch từ than, có thể khiến nó ngày càng trở thành một phầnquan trọng của thị trường năng lượng và công nghiệp thế giới Giá cả ổn định vànguồn cung cấp than dồi dào trên khắp thế giới khiến nó trở thành lựa chọn nguyênliệu chính cho các công nghệ khí hóa trong tương lai Thị trường vị trí của công nghệliên quan đến nhiều yếu tố kinh tế - công nghệ và chính trị, bao gồm chi phí, độ tincậy, tính khả dụng và khả năng bảo trì, cân nhắc về môi trường, hiệu quả, nguồn cungcấp và tính linh hoạt của sản phẩm, an ninh năng lượng quốc gia, nhận thức và chính

sách của chính phủ và cộng đồng, và cơ sở hạ tầng sẽ quyết định liệu quá trình khí hóa

có phát huy hết tiềm năng thị trường của nó hay không

Hình bên dưới là một mô tả của quá trình khí hóa than tổng hợp, mô tả cả tínhlinh hoạt của nguyên liệu đầu vào vốn có trong quá trình khí hóa, cũng như nhiều loạisản phẩm và tính hữu dụng của công nghệ khí hóa

Hình 2 1 Mô tả của quá trình khí hóa than tổng hợp

2.1.1 Các nguyên tắc cơ bản

Khí hóa là một quá trình oxy hóa từng phần Thuật ngữ oxy hóa từng phần là mộtthuật ngữ tương đối có nghĩa đơn giản là lượng oxy được sử dụng trong quá trình khíhóa ít hơn mức cần thiết cho quá trình đốt cháy (tức là đốt cháy hoặc oxy hóa hoàntoàn) cùng một lượng nhiên liệu Quá trình khí hóa thường chỉ sử dụng 25 đến 40%chất ôxy hóa lý thuyết (ôxy nguyên chất hoặc không khí) để tạo ra đủ nhiệt để khí hóaphần nhiên liệu chứa ôxy hóa còn lại, tạo ra khí tổng hợp Các sản phẩm dễ cháy chính

quá trình oxy hóa một phần cung cấp hầu hết năng lượng cần thiết để phá vỡ các liênkết hóa học trong nguyên liệu, để thúc đẩy các phản ứng khí hóa thu nhiệt khác và tăngnhiệt độ của các sản phẩm khí hóa cuối cùng

2.1.2 Phản ứng và biến đổi

Hóa học của khí hóa khá phức tạp và được thực hiện thông qua một loạt các biếnđổi vật lý và phản ứng hóa học trong khí hóa Một số phản ứng hóa học chính được thểhiện trong sơ đồ dưới đây Trong thiết bị khí hóa, nguyên liệu nạp cacbon trải qua một

số quá trình và/ hoặc phản ứng khác nhau:

Mất nước - Bất kỳ hàm lượng nước tự do nào trong nguyên liệu nạp sẽ bay hơi,

để lại vật liệu khô và hơi nước hình thành có thể tham gia vào các phản ứng hóa họcsau này

Nhiệt phân - Điều này xảy ra khi nguyên liệu nạp tiếp xúc với nhiệt độ tăngtrong bộ khí hóa Quá trình phân hủy và phá vỡ các liên kết hóa học yếu hơn xảy ra,giải phóng các khí dễ bay hơi như hơi hắc ín, mêtan và hydro, cùng với việc tạo rathan có trọng lượng phân tử cao sẽ trải qua các phản ứng khí hóa

Đốt cháy - Các sản phẩm dễ bay hơi và một số than phản ứng với lượng oxy hạn

cấp nhiệt cần thiết cho các phản ứng khí hóa tiếp theo

Sự chuyển dịch nước-khí và quá trình metan hóa - Đây là những phản ứng phakhí thuận nghịch riêng biệt diễn ra đồng thời dựa trên các điều kiện khí hóa Đây lànhững phản ứng nhỏ đóng một vai trò nhỏ trong thiết bị khí hóa Tùy thuộc vào sảnphẩm mong muốn, khí tổng hợp có thể trải qua quá trình chuyển đổi nước-khí và quátrình methanat hóa ở hạ nguồn từ các thiết bị khí hóa

Hình 2 2 Các phản ứng biến đổi trong quá trình khí hoá

2.1.3 Khí hoá chi tiết

Các phản ứng hóa học của quá trình khí hóa có thể tiến triển đến các mức độkhác nhau tùy thuộc vào các điều kiện khí hóa (như nhiệt độ và áp suất) và nguyên liệuđầu vào được sử dụng Phản ứng đốt cháy diễn ra trong một quá trình khí hóa, nhưng

so với quá trình đốt cháy thông thường sử dụng lượng chất oxy hóa dư đo phân tử, quátrình khí hóa thường sử dụng một phần năm đến một phần ba chất oxy hóa lý thuyết.Điều này chỉ làm oxy hóa một phần nguyên liệu cacbon Là một quá trình "oxy hóatừng phần", các sản phẩm dễ cháy chính của quá trình khí hóa là carbon monoxide(CO) và hydro, chỉ một phần nhỏ carbon bị oxy hóa hoàn toàn thành carbon dioxide

thiết để thúc đẩy các phản ứng khí hóa thu nhiệt

Trong quá trình khí hóa, các phản ứng hóa học chính là những phản ứng liên

5 C + CO2 ↔ 2CO "phản ứng Boudouard" (2 3)

(+172 MJ / kmol)

(-75 MJ / kmol)Với những điều trên, phản ứng cháy về cơ bản được thực hiện để hoàn thànhtrong điều kiện vận hành khí hóa bình thường Và, trong điều kiện chuyển hóa cacboncao, ba phản ứng dị thể (phản ứng 4 đến 6) có thể được rút gọn thành hai phản ứng phakhí đồng nhất của chuyển dịch nước-khí và chuyển hóa metan hơi (phản ứng 7 và 8dưới đây), gọi chung là đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định thành phầnkhí tổng hợp cân bằng cuối cùng (khí tổng hợp)

(-41 MJ / kmol)

(+206 MJ / kmol)Trong môi trường khử oxy thấp của thiết bị khí hóa, hầu hết lưu huỳnh của

cacbonyl sunfua (COS) Nitơ liên kết hóa học trong thức ăn thường chuyển thành nitơ

(HCN) Clo chính được chuyển thành hydro clorua (HCl) Nói chung, lượng lưuhuỳnh, nitơ và clorua trong nhiên liệu đủ nhỏ để chúng có ảnh hưởng không đáng kể

quan đến cả thành phần hữu cơ và vô cơ trong thức ăn, chẳng hạn như thủy ngân, asen

và các kim loại nặng khác, xuất hiện trong các các phân đoạn tro và xỉ, cũng như trongkhí thải, và cần được loại bỏ khỏi khí tổng hợp trước khi sử dụng tiếp

2.1.4 Nhiệt động lực học và động học

Phản ứng khí hóa là phản ứng thuận nghịch Chiều của phản ứng và sự chuyểnđổi của nó chịu sự ràng buộc của cân bằng nhiệt động học và động học phản ứng Cácphản ứng đốt cháy về cơ bản là hoàn thành Cân bằng nhiệt động học của các phản ứngkhí hóa

vị cấp than.

Các suy luận khác liên quan đến thiết kế và hoạt động của quá trình khí hóa cũng

có thể được rút ra từ sự hiểu biết nhiệt động lực học về các phản ứng của nó Những ví

dụ bao gồm:

cao và lượng hơi đáng kể vượt quá yêu cầu đo phân tích

suất chung của quá trình

về sản xuất khí tự nhiên tổng hợp) , quá trình khí hóa cần được vận hành ởnhiệt độ thấp (~ 700 ° C), nhưng động học của phản ứng metan sẽ kémnếu không có chất xúc tác ( xem thảo luận về quá trình khí hóa có xúctác )

động của bộ khí hóa dòng chảy cuốn theo điển hình là ~ 2.700 ° F(1.500°C), thành phần khí tổng hợp cho thấy rất ít thay đổi như một hàmcủa áp suất vận hành, nhưng tiết kiệm đáng kể năng lượng nén và giảm chiphí từ việc sử dụng thiết bị có thể được thực hiện

Liên quan đến hiểu biết nhiệt động lực học của quá trình khí hóa, hành vi độnghọc của nó phức tạp hơn Rất ít thông tin động học đáng tin cậy về phản ứng khí hóa

than tồn tại, một phần vì nó phụ thuộc nhiều vào điều kiện quy trình và bản chất củanguồn cấp than, có thể thay đổi đáng kể về thành phần, tạp chất khoáng và khả năngphản ứng Trên thực tế, một số tạp chất được biết là có hoạt tính xúc tác đối với một sốphản ứng khí hóa.

2.2 Nguyên liệu rắn RDF sản xuất Syngas

RDF là để chỉ loại nhiên liệu rắn được gia công và sản xuất bằng phương phápmang tính hệ thống và sinh học, theo quy trình phân loại rác thải trừ các loại vật chấtkhông mang tính dễ cháy như các loại nhựa, tính kim loại, độ ẩm.v.v., sau đó phá hủy,sấy khô, nghiền nát và tạo hình

Hình 2 3 Quy trình sản xuất RDF

Hình 2 4 Hình dạng viên nén từ gỗ keo

2.3 Công nghệ Syngas

2.3.1 Khái niệm

Khí tổng hợp syngas là một loại hỗn hợp khí nhiên liệu chứa chủ yếu là hydro

tới từ công dụng của nó như là một chất trung gian trong việc tạo ra khí tự nhiên tổnghợp và để sản xuất amoniac hoặc methanol Khí tổng hợp thường là một sản phẩm củaquá trình khí hóa và ứng dụng chính là sản xuất điện Khí tổng hợp thì dễ cháy vàthường được sử dụng làm nhiên liệu của động cơ đốt trong Nó có ít hơn một nửa mật

độ năng lượng so với khí tự nhiên

Hình 2 5 Ứng dụng của syngasNhiên liệu khí syngas là một sản phẩm trung gian quan trọng trong ngành côngnghiệp hóa chất hằng năm tổng cộng có khoảng 6 EJ (Exajoule) nhiên liệu khí syngasđược sản xuất trên toàn thế giới, tương đương với 2% tổng tiêu thụ năng lượng Thịtrường thế giới đối với nhiên liệu khí syngas (phần lớn từ nguồn năng lượng hóa thạch

như than đá, khí tự nhiên, dầu và rác thải) chủ yếu tập trung ngành công nghiệpamoniac.

2.3.3 Thành Phần Syngas

Các con số phản ứng khí hóa và biến đổi minh họa các khái niệm về khí hóathan, và ghi nhận kết quả thành phần của khí tổng hợp Điều này có thể thay đổi đáng

kể tùy thuộc vào nguyên liệu và quá trình khí hóa liên quan; tuy nhiên khí tổng hợp

lớn hơn lượng hơi nước, lượng nhỏ hơn của các hợp chất lưu huỳnh hydro sunfua

Thành phần khí tổng hợp bảng dưới đây cho thấy thành phần khí tổng hợp tronggiai đoạn trình diễn 4 năm từ 1996 đến 1999

hợp và sản xuất hơi (sự khác biệt trong sản xuất sẽ phụ thuộc vào nguồn cấp nguyênliệu và nó khác với nguồn cấp thiết kế như thế nào) Những thay đổi đột ngột trongnguyên liệu cũng có thể gây ra sự gián đoạn trong các quá trình khác của nhà máy Khí

Mức độ cao của COS trong những năm đầu hoạt động là kết quả của các vấn đề với bộphận thủy phân COS (cụ thể là nhiễm độc chất xúc tác bởi các kim loại vết và clorua

và sự suy giảm diện tích bề mặt do quá nhiệt)

Dữ liệu cho thấy rằng có thể thu được nhiều loại chế phẩm khí tổng hợp bằngcách thay đổi loại khí hóa, nguyên liệu nạp và các thông số vận hành Quy trình thiết

kế điển hình của một cơ sở khí hóa đòi hỏi phải lựa chọn một nguồn nguyên liệu sẵn

có cho địa điểm cơ sở tiềm năng và một công nghệ khí hóa phù hợp, sau đó sử dụngcác biến thể trên các quy trình hạ nguồn để tối ưu hóa thành phần khí tổng hợp nhằmtạo ra sản phẩm cuối cùng mong muốn

2.4 Nguyên lý cơ bản của lò khí hoá

Khí hóa năng lượng sinh khối là một công nghệ chuyển đổi nhiệt, nhiên liệu rắnđược chuyển đổi, với một lượng oxy hạn chế, thành một loại khí đốt dễ cháy chủ yếu

phải được xem xét kỹ lưỡng khi sử dụng các nguồn năng lượng sinh khối Nhiệt độthấp gây ra những sản phẩm dính như hắc ín, nhưng cần thiết do các điểm nóng chảythành tro của năng lượng sinh khối thấp hơn

Hiện nay, trên thế giới sử dụng hai công nghệ khí hóa sinh khối, chính là côngnghệ khí hóa tầng cố định và công nghệ khí hóa tầng sôi, các công nghệ khí hóa nàyđều được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp, tuy nhiên mỗi công nghệ có những đặcđiểm riêng về mặt yêu cầu về công nghệ chế tạo, nhiên liệu sử dụng.[ 0]

2.4.1 Lò có dòng khí đi từ dưới lên:

Đây là loại lò cổ điển và đơn giản nhất Không khí được đưa vào buồng hoá khí

từ đáy của lò và đi ngược chiều với dòng nhiên liệu trong lò Các hạt nguyên liệu cháychủ yếu ở phần đáy buồng đốt Lò loại này được phân định rõ ràng từng vùng: vùngcháy, vùng khử và vùng nhiệt phân Gas được đưa ra5 ngoài ở vị trí cao hơn Tro hìnhthành từ quá trình cháy nhiên liệu rắn sẽ được lấy ra ngoài từ đáy của buồng đốt hóakhí

Hình 2 6 Buồng đốt hóa khí có dòng khí từ dưới lên1- Cửa cấp nhiên liệu; 2- Khí ra; 3- Vùng sấy; 4- Vùng chưng cất; 5- Vùng khử;6- Đáy lò; 7- Ghi đỡ; 8- Vùng chứa tro; 9- Không khí vào; 10- Vùng cháy; 11- Nhiênliệu rắn;

- Ưu điểm: Đơn giản, hiệu suất cao, thích hợp với nhiều loại vật liệu

- Nhược điểm: Trong quá trình nhiệt phân hóa chất, hắc ín, các loại dầu đượcsinh ra và trở thành một phần của khí gas hạn chế này ảnh hưởng rất lớn đến việc ứngdụng của khí hóa ngược chiều

2.4.2 Lò có dòng khí đi từ trên xuống

Đối với loại lò đốt loại này nhiên liệu rắn được nạp tại đỉnh buồng đốt, không khíđược đưa từ trên xuống còn gas được lấy ra ở đáy lò Loại lò đốt khí hoá này có hạnchế với các loại nhiên liệu rắn có độ ẩm cao, hàm lượng tro cao Gas sẽ được lấy từphía đáy buồng đốt, như vậy nguyên liệu sinh khí và dòng gas hình thành từ quá trìnhcháy không hoàn toàn sẽ di chuyển cùng hướng

- Ưu điểm: Khí hóa này là rất sạch

- Nhược điểm: Hạn chế ở một số loại nhiên liệu và so với khí hóa ngược chiều thìhiệu suất khí hóa thấp hơn.

Hình 2 7 Buồng đốt hóa khí có dòng khí từ trên xuống1- Cửa cấp nhiên liệu; 2- Vùng sấy; 3- Vùng chưng cất; 4- Đáy lò; 5- Không khívào; 6- Vùng khử; 7- Ghi lò; 8- Khí ra; 9- Phần chứa tro; 10- Nhiên liệu rắn; 11- Vùngnhiệt phân; 12- Vùng chứa tro nóng

2.4.3 Lò có hai vùng cháy, dòng khí đi ngang

Loại lò này còn gọi là (lò dòng chéo) bao gồm hai vùng phản ứng Vùng sấy khônguyên liệu, vùng carbon hóa nhiệt độ thấp và cracking gas xảy ra ở vùng cao hơntrong khi đó phản ứng hóa khí ở vùng thấp hơn Loại buồng đốt này có nhiệt độ khí

nên loại lò này phải lưu ý đến vấn đề vật liệu chế tạo buồng đốt

- Ưu điểm: Hiệu suất cao, gọn nhẹ

- Nhược điểm: Không phù hợp với nhiên liệu có nhiều tro