BÁO CÁO TIỂU LUẬN NGUYÊN LÝ LÒ CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI LÒ SINH KHÍ (THAN ĐÁ)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU  BÁO CÁO TIỂU LUẬN NGUYÊN LÝ LÒ CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI: LÒ SINH KHÍ (THAN ĐÁ) GVHD: ThS Nguyễn Đăng Khoa Sinh viên thực hiện: Đồng Nguyên Nhất Mssv: 1813354 Thành phố Hồ Chí Minh 11/09/2021 MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH ẢNH ii LỜI NÓI ĐẦU iii CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG v 1 Nguồn gốc - lịch sử ra đời v 2 Cơ sở lý thuyết v 1.2 Nguyên lý hoạt động của lò khí hóa than vi CHƯƠNG II: CÁC CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA THAN 2 2.1 Khí hóa than tầng cố định .3 2.1.1 Cấu tạo 3 2.2 Phân loại .8 2.3 Khí hóa tầng sôi 15 2.3.1 Đặc điểm và nhược điểm cuả lò khí hóa tầng sôi 17 2.3.2 Phân loại khí hóa than tầng sôi 18 CHƯƠNG III: PHẠM VI SỬ DỤNG VÀ ƯU ĐIỂM CỦA LÒ KHÍ HÓA 27 3.1 Phạm vi sử dụng 27 3.2 Ưu điểm của lò 27 3.3 Các dây chuyền khí hóa than đang sử dụng tại Việt Nam 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 i DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2 1 Các công nghệ lò khí hóa than 2 Hình 2 2 Cấu tạo lò khí hóa than tầng cố định .3 Hình 2 3 Lò khí than có bởi cởi than 5 Hình 2 4 Lò khí hóa tháp cao 6 Hình 2 5 Ghi lò .7 Hình 2 6 Lò khí hóa tầng sôi kiểu mới và kiểu cũ 9 Hình 2 7 Nguyên lý làm việc của lò khí hóa tầng cố định (thuận) .11 Hình 2 8 Nguyên Lý làm việc của lò khí hóa tầng cố định 13 Hình 2 9 Phân loại lò hơi theo tốc độ gió 20 Hình 2 10 Các bộ phần của tách hạt .21 Hình 2 11 Các bộ phận chính của lò sinh khí tầng sôi tuần hoàn 22 Hình 2 12 Biểu diễn dòng chuyển động chất rắn trong lò 24 Hình 2 13 Biểu diễn trường nhiệt độ trong lò 25 Hình 2 14 Các bộ phận cuả lò khí hóa dạng tuần hoàn 26 ii LỜI NÓI ĐẦU Khí hóa than là phương pháp toàn diện và sạch nhất để chuyển hóa than, một nguồn nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có với trữ lượng khổng lồ ở nhiều nơi trên thế giới, hoặc các vật liệu có chứa cacbon (kể cả sinh khối, rác thải sinh hoạt và phế thải công nghiệp) thành các nguyên liệu hoá chất quan trọng như CO, H2, và các dạng năng lượng như nhiệt năng, điện năng Khác với việc đốt than trực tiếp, công nghệ khí hóa chuyển hóa than - thực tế là nguyên liệu cacbon - thành các thành phần hoá chất cơ bản Trong thiết bị khí hóa hiện đại, than được tiếp xúc với không khí (hoặc oxy) oxy) và hơi nước ở áp suất và nhiệt độ cao được kiểm soát chặt chẽ Trong những điều kiện đó, các phân tử cacbon trong than sẽ tham gia các phản ứng hoá học tạo ra hỗn hợp CO, H2 và các khí thành phần khác Hydro và các loại khí khác có trong khí than có thể được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất nhiều sản phẩm hoá chất quan trọng như amoniăc, phân urê, các sản phẩm hữu cơ hoặc dùng làm nhiên liệu cho các tuabin phát điện Khí hóa than cũng là phương pháp tốt nhất để sản xuất nhiên liệu hydro sạch cho xe ôtô của tương lai và cho pin nhiên liệu dùng để phát điện Công nghệ khí hóa than còn mang lại ích lợi lớn về mặt môi trường trong việc sử dụng than, nhờ khả năng 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 than sẽ được chuyển hóa thành amoniăc và chất này có thể được dùng để sản xuất phân bón hoặc các hoá chất khác Nhìn chung, khả năng sản xuất một cách hiệu quả điện năng, hyđro và các nguyên liệu hoá chất khác, cũng như khả năng cắt giảm khí gây ô nhiễm, đang làm cho công nghệ khí hóa than trở thành một trong những công nghệ hứa hẹn nhất cho các ngành năng lượng và hoá chất của tương lai, nhất là khi giá các nguồn nguyên liệu dầu khí có xu hướng dao động mạnh trước những biến động kinh tế, chính trị trên thế giới và ngày càng trở nên khan hiếm hơn Bằng cách khí hoá than có thể chuyển hoá được các loại nhiên liệu rắn chất lượng thấp, chứa nhiều ẩm, tro, nhiệt cháy thấp thành nhiên liệu thể khí có chất lượng cao hoặc tạo thành khí tổng hợp dùng trong công nghệ hoá học Do có thể sử dụng các loại than có chất lượng thấp để sản xuất khí than có giá trị iii công nghiệp nên khí hóa than sẽ mở ra một triển vọng tốt cho các vùng than chất lượng thấp để phát triển công nghiệp.Đặc biệt ở các tỉnh phía Bắc nơi có nhiều than cám, than bụi (Quãng Ninh) cũng như tại các vùng than nhỏ khác ở Tây Bắc chúng ta cũng cần nghiên cứu trữ lượng để có thể đưa vào sản xuất Hiện nay, cũng do nhu cầu năng lượng ngày càng tăng Cùng với đó là công nghệ đốt than theo phương pháp đốt trực tiếp có hiệu suất cháy ổn định nhưng các chất phát thải SOx, CO2, NOx, CO, bụi từ quá trình cháy trực tiếp đã gây ra ô nhiễm môi trường xung quanh Ở việt nam công nghệ khí hóa than đã được nghiên cứu từ những năm 50 của thế kỷ trước nhằm sử dụng nguồn than có phẩm cấp thấp (độ tro và hàm lượng lưu huỳnh cao) để thay thế cho nguồn nhiên liệu chất lượng cao phải nhập khẩu đắt tiền (dầu, khí đốt) vì mục đích năng lượng và giảm thiểu môi trường Nhưng sau một thời gian dài do nguồn than trữ lượng lớn ở vùng mot Quảng Ninh khá dồi dào, việc khai thác đơn giản nên gần như công nghệ khí hóa than bị lãng quên iv CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 1 Nguồn gốc - lịch sử ra đời Năm 1972, cuộc "khủng hoảng năng lượng thế giới bùng nổ", giá dầu mỏ đột nhiên tăng vọt từ 5-7 USD/thùng lên 24USD/ thùng Cuộc khủng hoảng lần này đã mang đến cho thế giới một bài học hết sức quan trọng về tài nguyên năng lượng, đó là sự hạn chế về trữ lượng và sự phân bố không đồng đều của nguyên liệu cacbua hydro và khả năng cạn kiệt của chúng Trong thời kỳ 1970-1980, các nhà khoa học đã dự đoán là than sẽ trở lại thời kỳ thứ hai của "thế kỷ vàng" và khả năng cạn kiệt của dầu mỏ không còn xa nữa Chính những dự đoán đó đã dấy lên những công trình nghiên cứu quá trình công nghệ mới về chế biên than Những công trình nghiên cứu đầu tiên đã thu được sản phẩm nhiên liệu lỏng từ than bằng các phương pháp trực tiếp và gián tiếp ở các nước Mỹ, Đức, Anh, Nhật Bản, Liên Xô cũ v.v… Công nghệ hoá khí than của thế giới đã phát triển một cách nhanh chóng, trong đó xu hướng chung là đi theo phương pháp hoá khí than chu kỳ trong là phương pháp đảm bảo tính an toàn cho sinh thái, do khí than đã được làm sạch sơ bộ, lượng các chất khí có hại như SO2, NO và các hạt bụi rắn đã giảm bớt Từ năm 1970 đến nay, các nước trên thế giới đã sản xuất được 3 loại lò sinh khí để hoá khí than có công suất tính theo than là 100 tấn/giờ ở qui mô công nghiệp, đó là: Lò sinh khí hoá khí than theo lớp Tổng số lò sản xuất được cho đến nay là 930 lò, trong đó có hơn 160 lò sinh khí kiểu "Lurgi" Lò sinh khí tầng sôi kiểu Vinklera Tổng số lò đã được sản xuất là 40 lò Lò sinh khí than cám kiểu Kopperxa-Totxeka Tổng số lò đã được đưa vào sử dụng là 50 lò 2 Cơ sở lý thuyết Lò sinh khí than là thiết bị sử dụng than, không khí và hơi nước nóng để chuyển hóa thành khí than bằng các phản ứng cưỡng bức, ém khí Ưu điểm của việc sử dụng khí than để cung cấp nhiệt cho sản xuất rẻ vì không phải đầu tư lớn, điều khiển tiện lợi, tính tự động hóa cao, nguồn than sẵn có trong nước, thực tế đã chứng minh chi phí nhiên liệu rẻ hơn 20-50% so với dùng dầu FO, 30-50% so với dùng dầu DO, 40-65% v so với dùng Gas Khí than được dùng vào rất nhiều lĩnh vực công nghiệp mà hiệu suất nhiệt cao, gia nhiệt đều, giảm ô nhiễm môi trường Khí hóa than là quá trình biến đổi nhiên liệu rắn ở nhiệt độ cao thành nhiên liệu khí bằng cách cung cấp một lượng hạn chế ôxy nguyên chất hoặc ôxy trong không khí và thường kết hợp với hơi nước Sản phẩm của quá trình khí hóa bao gồm các chất khí CO, CO2, CH4, H2 và một số các chất khí không ngưng khác Các phản ứng cơ bản cần được thực hiện trong quá trình khí hóa bao gồm: Phản ứng hoá học dị thể xảy ra trong vùng cháy: C + O2 = CO2 + 393,80 MJ/Kmol (25oC, 1at) Không khí đưa vào có chứa hơi nước phản ứng với cácbon ở nhiệt độ cao: C + H2O = H2 + CO - 118,50 MJ/kmol (25oC, 1at) Trong vùng suy giảm, CO2 tạo ra trong vùng cháy bị khử bởi khí CO theo phản ứng Boudouard: CO2 + C = 2CO - 159,90 MJ/Kmol (25oC, 1at) Trong vùng suy giảm còn xảy ra một phản ứng tạo H2 như sau: CO + H2O = CO2 + H2 + 41,20 MJ/Kmol Khí metan cũng được tạo ra trong quá trình khí hóa: C + 2H2 = CH4 + 87,50 MJ/Kmol (25oC, 1at) 1.2 Nguyên lý hoạt động của lò khí hóa than Quá trình khí hóa được tiến hành trong thiết bị đặc biệt được gọi là lò sinh khí Đó là một lò đứng, phía trên có bộ phận nạp than vào lò, phía dưới có loại tro, xỉ Tác nhân khí hóa là không khí và hơi nước vào qua mũ gió ở phía dưới, nhiên liệu khí tạo thành sẽ theo đường ống phía trên để ra ngoài Cụ thể, chất khí hóa (hơi nước và không khí) sẽ tiếp xúc và phản ứng với than sau đó chuyển nhiên liệu từ dạng rắn (than) sang dạng khí Sản phẩm thu được gọi là khí than trong lò, than được đưa từ vi trên xuống dưới, tác nhân khí hóa là hơi nước và không khí được đưa vào tủy theo loại lò Giữa chúng sinh ra các phản ứng hóa học và quá trình trao đổi nhiệt lượng Theo chiều chuyển động của tác nhân khí hóa, trong lò hình thành 6 tầng sinh khí: tầng tro xỉ, tầng oxy hóa (tầng lửa), tầng hoàn nguyên chính và phụ, tầng chưng cất khô, tầng không (tầng trống rỗng) Khí than thu được sau các tầng sinh khí theo đường ống đưa đến các mỏ đốt để đốt cấp nhiệt cho lò nung Ta có thể điều chỉnh hiệu suất cháy và lượng nhiệt dễ dàng với dung sai đạt không quá ±5,00C Khi cháy tỏa nhiệt sạch nên khí than trở thành một loại nhiên liệu quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hiện nay 1 CHƯƠNG II: CÁC CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA THAN Có khoảng năm phân loại chính của hệ thống khí hóa: nâng cấp theo tầng cố định, hạ tầng cố định, ghép chéo tầng cố định, tầng sôi sủi bọt và thiết bị khí hóa tầng sôi tuần hoàn, có thể được nhìn thấy trong hình bên dưới Điều phân biệt các loại này khác nhau là cách thức và vị trí sinh khối nằm trong bình phản ứng, hướng của cả luồng không khí và nguyên liệu Hình 2 1 Các công nghệ lò khí hóa than 2 2.1 Khí hóa than tầng cố định 2.1.1 Cấu tạo Hình 2 2 Cấu tạo lò khí hóa than tầng cố định 1: Phểu khóa than, 2: Máng than; 3: Vỏ nước ; 4: Tách khí lỏng; 5: Làm mát; 6: Bao hơi; 7: Giường khí hóa; 8: Ghi lò; 9: Phểu khóa tro Lò sinh khí bao gồm một số bộ phận chính được trình bày cụ thể dưới đây:  Hệ thống nạp than 3