Điều khiển và khống chế lò tạo khí - phần 1 doc

Điều khiển và khống chế lò tạo khí ebook@free4vn.org T.g: Phan Việt C ờng 3 Ch ơng I : tìm hiểu quá trình công nghệ lò tạo khí I_1: Sơ l ợc về công nghệ sản xuất phân đạm . Quá trình sản xuất phân đạm tại nhà máy phân đạm và hoá chất Hà Bắc đ ợc vẽ trên hình I_1 . Trải qua rất nhiều công đoạn phức tạp , nh ng có thể chia ra thành các khâu chính sau : Than , không khí và hơi n ớc đ ợc đ a vào tạo khí . Tại lò tạo khí có các phản ứng hóa học phức tạp để tạo ra khí than . Khí than khi ra khỏi lò tạo khí có thành phần gồm nhiều loại khí khác nhau nh : CO,CO 2 ,N 2 ,NH 4 ,H 2 S (thànhphần của khí than phụ thuộc chủ yếu vào nhiên liệu sản xuất khí than) . Khí than sau khi sinh ra ở lò tạo khí đ ợc đ a vào các khâu tinh chế để tách ra các sản phẩm nh : N 2 ,H 2 ,CO,CO 2 Sau đó N 2 và H 2 đ ợc đ a vào khâu hợp thành để sản xuất amoniac(NH 3 ) ,còn CO,CO 2 đ ợc đ a vào khâu sản xuất CO . Cuối cùng NH 3 và CO sinh ra đ ợc đ a vào khâu sản xuất đạm để tạo ra đạm là NH 2 -CO-NH 2 . Từ quá trình tổng thể để sản xuất phân đạm ta thấy là tạo khí là một khâu rất quan trọng trong cả dây chuyền sản xuất phân đạm . Khí than sinh ra ở lò tạo khí là nguyên liệu đ a vào các khâu tiếp theo do đó thành phần khí than tạo ra ở lò tạo khí sẽ quyết định chất l ợng sản phẩm và hiệu xuất sản xuất của cả quá trình sản xuất phân đạm của nhà máy . I_2: Quá trình khí hoá than và những ảnh h ởng của nhiên liệu tới quá trình khí hoá . 1. quá trình khí hoá than . quá trình khí hoá than đ ợc tiến hành trong lò khí hoá than (gọi là lò tạo khí) . Lò này là lò đứng do Trung Quốc lắp đặt từ những năm 70 , bao gồm các bộ phận sau : 1 : Bộ phận nạp than 2 : Chuông chắn 3 : Zôn sấy 4 : Zôn ch ng khô Điều khiển và khống chế lò tạo khí ebook@free4vn.org T.g: Phan Việt C ờng 4 5 : Zôn khử 6 : Zôn ôxy hóa 7 : Khu vực xỉ 8 : Mũi gió I : Đ ờng gió vào II : Đ ờng khí ra III : Đ ờng nhiên liệu Phía trên lò là bộ phận nạp than vào , phía d ới có các bộ phận chứa n ớc để thải tro xỉ và thực hiện sự khí hoá than . Tác nhân khí hoá nh không khí và hơi n ớc quá nhiệt có thể đi qua mũi gió ở phía d ới , còn nhiên liệu dạng khí tạo thành lúc đó sẽ theo đ ờng ống phía trên đi ra ngoài . Theo chiều từ trên xuống : nhiên liệu rắn (ở đây là than Antraxit Hòn Gai) lần l ợt đ ợc sấy khô , khử , oxy hoá và cuối cùng tạo thành xỉ than . Và do đó cũng theo chiều cao ng ời ta phân lò khí hoá than thành các zôn : sấy , ch ng khô , khử , oxy hoá và xỉ . Ta có thể gộp zôn sấy và zôn ch ng khô gọi là zôn chuẩn bị , còn zôn khử và zôn oxy hoá gọi là zôn khí hoá . Sự phân bố các zôn đ ợc mô tả bằng hình vẽ I_2 . 2. Nguyên lý của quá trình khí hoá than . Dòng khí từ d ới lên qua zôn chuẩn bị làm cho nhiên liệu đ ợc đốt nóng lên và hơi n ớc trong đó đ ợc tách ra . Khi đốt nóng khoảng 250 á 350 o C nhiên liệu đ ợc ch ng khô , tại đây các sản phẩm dạng khí và hơi n ớc tạo thành oxit cacbon (CO) , hiđro(H 2 ) , cacbua hiđro nặng (chủ yếu là êtylen) , hiđrosunfua (H 2 S) , amoniac(NH 3 ) , nhựa than . Nhiên liệu càng nhiều chất bốc thì sản phẩm ch ng khô càng nhiều . Thành phần của sản phẩm ch ng khô phụ thuộc vào loại nhiên liệu và dao động trong khoảng rộng . Sản phẩm ch ng khô càng nhiều thì chất liệu khí than càng tăng . Sau khi tách chất bốc hoàn toàn , nhiên liệu ở dạng cốc . Than cốc này đ ợc nung đỏ đi vào zôn khí hoá . Tại zôn này , phản ứng hoá học phức tạp xảy ra giữa cốc nung đỏ và các tác nhân khí hoá nh không khí và n ớc . Ví dụ nếu cho tác nhân khí hoá than theo đ ờng từ d ới lên trên thì không khí sẽ tác dụng với than cốc tạo thành khí cacbonic (CO 2 ) , đồng thời hơi n ớc cũng tác dụng với cacbon để tạo thành cacbonic và hiđro . Những khí CO và H 2 tạo nên lại tiếp tục cháy để tạo ra khía CO 2 và H 2 O vì môi tr ờng khí tồn tại ở dạng oxy hoá . Càng lên phía trên l ợng khí oxy càng Điều khiển và khống chế lò tạo khí ebook@free4vn.org T.g: Phan Việt C ờng 5 giảm, môi tr ờng của dòng khí không còn oxy . Chính vì thế theo chiều cao hàm l ợng CO và H 2 O tác dụng với cacbon nung đỏ tạo ra CO và H 2 . Nh vậy ở zôn khử hàm l ợng CO và H 2 khá cao . Các phản ứng oxy hoá đều toả nhiệt , nhiệt này sẽ cung cấp cho phản ứng khử và đốt nóng cốc . Nhiên liệu càng ẩm càng chứa nhiều chất bốc thì thời gian nhiên liệu l u lại ở zôn khí hoá càng lâu . Nghĩa là tốc độ phản ứng trong zôn khử phụ thuộc rất nhiều vào mức độ chuẩn bị nhiên liệu . ở đây cần phải duy trì nhiệt độ ở zôn khí hoá khoảng 1000 o C vì ở nhiệt độ này hầu hết khí CO 2 đều bị khử thành oxitcacbon (CO) . Nhiệt độ càng cao phản ứng khử tiến hành càng thuận lợi . Nh vậy khí than nhận đ ợc là do sản phẩm các phản ứng xảy ra ở zôn khí hoá và các khí nhận đ ợc từ zôn ch ng khô . Thành phần của khí than khi ra khỏi zôn khí hoá cũng có sự thay đổi . Một số khí CO và H 2 có tham ,/gia phản ứng tạo ra các sản phẩm ở dạng lỏng và CH 4 . Trong các phản ứng có phản ứng thu nhiệt và phản ứng toả nhiệt , song nếu yêu cầu sản xuất NH 3 thì khí tạo ra phải có yêu cầu về tỷ lệ nh sau : ( CO + H 2 ) : N 2 = 3 : 1 Do vậy phản ứng oxy hoá (toả nhiệt) và phản ứng khử (thu nhệt) là không cân đối . Để đáp ứng nhu cầu trên ng ời ta sử dụng hai giải pháp sau đây : - Dùng không khí giàu oxy và hơi n ớc đi vào lò khí hoá than . L ợng oxy giàu sao cho nhiệt toả ra bằng nhiệt thu vào của phản ứng : H 2 O + C . - Dùng ph ơng pháp chế khí gián đoạn theo chu khỳ 5 b ớc (hiện nay nhà máy phân đạm và hoá chất Hà Bắc đang sử dụng ph ơng pháp này) . Trong đó giữa các giai đoạn chế khí than ẩm có giai đoạn thổi gió làm tăng nhiệt độ cho tầng nhiên liệu . 3. Những ảnh h ởng của nhiên liệu tới quá trình khí hoá . 3.1 Độ ẩm của nhiên liệu . Nếu độ ẩm của nhiên liệu cao thì chẳng những tiêu tốn nhiệt vào quá trình bốc hơi ẩm và đốt nóng hơi ẩm đến nhiệt độ khí làm giảm chất l ợng khí than . Điều đó dẫn đến phải tổ chức lớp nhiên liệu có chiều cao thích hợp hoặc thay đổi chế độ khí hoá . 3.2 ảnh h ởng của nhựa than . Điều khiển và khống chế lò tạo khí ebook@free4vn.org T.g: Phan Việt C ờng 6 Nhựa than tồn tại ở dạng lỏng hoặc hơi và có ảnh h ởng đến chất l ợng khí than ở những mức độ khác nhau . Vì nhiệt sinh ra của nhựa than khá cao (tới 31400KJ/KG) , vì vậy nếu nó nằm ở dạng hơi thì chất l ợng khí than tăng lên nhiều .Nếu có một điều kiện nào đó (độ ẩm hoặc chiều cao lớp than không đ ợc tổ chức hợp lý) thì than tách ra ở dạng lỏng . Trong tr ờng hợp này chất l ợng giảm xuống và quá trình khí hoá than gặp nhiều khó khăn vì do nhựa than tách ra trong lò là kết dính các lớp nhiên liệu . Nếu nhựa than tách ra ở đ ờng ống dẫn sẽ gây ách tắc tại đó . Đặc biệt với van ba ngả nếu bị kẹt , tắc thì rất nguy hiểm . Chính vì vậy phải có thiết bị tách nhựa than ra khỏi khí than . 3.3 ảnh h ởng của tro xỉ . ở vùng d ới lò tro xỉ có thể nóng đỏ vì nhiệt độ mà nó tiếp xúc khá cao . Nếu nhiệt độ nóng chảy của xỉ than thấp thì nó sẽ kết dính thành mảng lớn làm cản trở quá trình khí hoá và lò bị bịt kín một phần hay hầu hết . Lúc đó gió sẽ tập trung đi vào những vùng ch a bị kết dính xỉ . Điều này dẫn đến tác nhân hóa v ợt quá năng l ợng bình th ờng ở vùng này dẫn đến hàm l ợng CO 2 và N 2 của khí than tăng lên . Nếu quá trình tiếp diễn lâu thì nhiệt độ tại vùng đó sẽ tăng do kết quả của phản ứng toả nhiệt , làm cho nhiệt độ xỉ tiếp tục tăng dẫn đến tê liệt quá trình khí hoá than và kéo theo làm giảm nghiêm trọng chất l ợng khí than . Ngoài ra để phá xỉ phải tốn nhiều năng l ợng cho ghi quay phá xỉ . Để hạn chế hiện t ợng kết tảng ta phải tối u hoá vùng khí hoá than , điều chỉnh nhiệt độ và mực n ớc vỏ két thích hợp chống lại sự kết dính khi cần thiết. 3.4 ảnh h ởng của sản phẩm ch ng khô . Tùy từng loại nhiên liệu mà sản l ợng , sản phẩm ch ng khô thu đ ợc ở mức độ khác nhau . Nếu sản phẩm ch ng khô càng cao chất l ợngkhí than càng tăng . 3.5 ảnh h ởng của kích th ớc và hạt cốc . Kích th ớc hạt than và hạt cốc đóng vai trò đáng kể trong quá trình khí hoá than , nếu kích th ớc hạt nhỏ thì tổng diện tích tiếp xúc bề mặt của chúng với tác nhân khí hoá tăng lên , tốc độ phản ứng tăng . Tuy nhiên nếu kích th ớc hạt quá nhỏ hoặc độ bền cơ học kém dẫn đến vỡ vụn thì sức cản thuỷ lực tăng , dễ gây bí tắc lò cản trở quá trình khí hoá . Bởi vậy ta phải chọn than , tuyển chọn kích th ớc hợp lý . Điều khiển và khống chế lò tạo khí ebook@free4vn.org T.g: Phan Việt C ờng 7 I_3: Công nghệ sản xuất khí than tại lò tạo khí của công ty phân đạm và hoá chất Hà Bắc . 1. Hệ thống thiết bị . Hệ thống thiết bị chính của quá trình chế tạo khí than của lò tạo khí đ ợc xây dựng nh hình I_3 . Với một công đoạn bao gồm : - Lò khí hoá than . - Lò đốt . - Lò hơi nhiệt thừa . - ống khói . - Một hệ thống dẫn hơi n ớc quá nhiệt (0,8at) . Không khí có áp xuất P = 2000mmH 2 O và hỗn hợp của chúng cũng nh các ống dẫn khí than nối giữa 5 bộ phận kể trên với nhau đến túi rửa phong rồi đến két khí . Quá trình điều khiển chế khí thực hiện qua 5 giai đoạn do hệ thống điều khiển (cơ khí thuỷ lực với hệ thống dầu cao áp) đảm nhiệm . Hệ thống điều khiển có nhiệm vụ điều khiển hệ thống cao áp (hoặc n ớc cao áp) đóng mở van công nghệ theo ch ơng trình . 2. Công nghệ chế khí than ẩm . Khí than ẩm dùng làm khí nguyên liệu tổng hợp amoniac (NH 3 ) . Quá trình chế khí đòi hỏi rất nhiều yêu cầu về cân bằng nhiệt giữa phản ứng thu nhiệt và phản ứng toả nhiệt (nh đã nói ở trên) . Chính vì vậy để đáp ứng các yêu cầu đó quá trình chế khí than đ ợc chia thành 5 giai đoạn sau : - Giai đoạn thổi gió . - Giai đoạn thổi lên chế khí lần 1 . - Giai đoạn thổi xuống . - Giai đoạn thổi lên lần 2 . - Giai đoạn thổi sạch . 2.1 Giai đoạn thổi gió . Nh ta đã nói ở trên , theo yêu cầu sản xuất amoniac NH 3 thì khí tạo ra phải có tỷ lệ (CO + H 2 ) : N 2 = 3 : 1 nên tỷ lệ phản ứng toả nhiệt và thu nhiệt trong quá trình khí hoá không cân bằng . Điều này dẫn đến phải có một giai đoạn chế khí than khô nhằm tăng nhiệt độ cho tầng nhiên liệu . . chính của quá trình chế tạo khí than của lò tạo khí đ ợc xây dựng nh hình I_3 . Với một công đoạn bao gồm : - Lò khí hoá than . - Lò đốt . - Lò hơi nhiệt thừa . - ống khói . - Một hệ thống dẫn. lý . Điều khiển và khống chế lò tạo khí ebook@free4vn.org T.g: Phan Việt C ờng 7 I_3: Công nghệ sản xuất khí than tại lò tạo khí của công ty phân đạm và hoá chất Hà Bắc . 1. Hệ thống. nên lại tiếp tục cháy để tạo ra khía CO 2 và H 2 O vì môi tr ờng khí tồn tại ở dạng oxy hoá . Càng lên phía trên l ợng khí oxy càng Điều khiển và khống chế lò tạo khí ebook@free4vn.org