Nghiên cứu chế tạo phụ gia tăng cường khả năng cháy cho một số loại than ở Việt Nam

Nhu cầu về năng lượng nhiên liệu đang tăng nhanh trên toàn thế giới, trong khi nguồn dầu mỏ hạn chế và yêu cầu giảm khí độc hại vào môi trường ngày càng nghiêm ngặt. Lối thoát cho vấn đề nhạy cảm này là tìm nguồn năng lượng mới dồi dào hơn và an toàn hơn. Than là một trong những nguồn năng lượng chính của nước ta việc sử dụng than một cách hiệu quả sẻ mở ra một công nghệ năng lượng bền vững. Mỗi năm nước ta sản xuất và tiêu thụ than là rất lớn,việc sử dụng phụ gia là rất quan trọng và cần thiết để nâng cao hiệu quả quá trình đốt than để tiết kiệm năng lượng và hạn chế ô nhiễm môi trường

Nghiên cứu chế tạo phụ gia tăng cường khả năng cháy cho một số

loại than ở Việt Nam

ĐỊA ĐIỂM THỰC TẬP: VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

TRUNG TÂM PHỤ GIA DẦU MỎ THỜI GIAN: Từ 09/06/2014 đến 20/07/2014

Sinh viên: LÊ VĂN BẮC Lớp: LHDA-K54 TH

Mã số sinh viên:0964040037

Giáo viên hướng dẫn:Th.S Hồ Văn Sơn

Cán bộ hướng dẫn : Th.S Phạm Thúy Nga

ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT- HÀ NỘI

BỘ MÔN LỌC-HÓA DẦU

 NHU CẦU SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU THAN Ở VIỆT NAM

 ĐẶC TÍNH NHIÊN LIỆU THAN

 THÀNH PHẦN CÔNG NGHỆ CỦA THAN

 VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

 MỘT SỐ PHỤ GIA TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG CHÁY

I.1 Nhu cầu sử dụng than tại Việt Nam:

Nhu cầu về năng lượng- nhiên liệu đang tăng nhanh trên toàn thế giới, trong khi nguồn dầu mỏ hạn chế và yêu cầu giảm khí độc hại vào môi trường ngày càng nghiêm ngặt Lối thoát cho vấn đề nhạy cảm này là tìm nguồn năng lượng mới dồi dào hơn và an toàn hơn Than là một trong những nguồn năng lượng chính của nước ta việc sử dụng than một cách hiệu quả sẻ mở ra một công nghệ năng lượng bền vững Mỗi năm nước ta sản xuất và tiêu thụ than là rất lớn,việc sử dụng phụ gia là rất quan trọng và cần thiết để nâng cao hiệu quả quá trình đốt than để tiết kiệm năng lượng và hạn chế ô nhiễm môi trường.

I.2 Đặc tính nhiên liệu than:

Than là loại nhiên liệu được sử dụng phổ biến trong nhiên liệu rắn, nhiệtlượng phát ra, trong các lò gạch công nghiệp Than hay các loại nhiên liệurắn khác có những đặc tính cần thiết để có thể phân biệt thành các loại thantốt, than xấu, than dễ cháy , khó cháy, có nhiệt lượng cao, nhiệt lượngthấp…Để có thể hiểu được đặc điểm của than ta có các đặc tính sau:

Thành phần hóa học của than:Trong than các nguyên tố cấu thành bao

gồm các thành phần sau :

Cacbon: Cacbon là thành phần cháy chủ yếu trong nhiên liệu rắn, nhiệtlượng phát ra khi cháy của 1KG Cacbon gọi là nhiệt trị Cacbon, khoảng34.150kj/kg Vì vậy lượng cacbon trong nhiên liệu càng nhiều thì nhiệt trịcủa nhiên liệu càng cao Tuổi hình thành nhiên liệu càng già thì thành phầncacbon càng cao, song khi ấy độ liên kết của than càng lớn, nên than càngkhó cháy

Hydro: Là thành phần cháy quan trọng của nhiên liệu rắn,khi cháy tỏa ranhiệt lượng 144.500kj/kg Nhưng lượng hydro có trong thiên nhiên rất ít.Trong nhiên liệu lỏng hydro có nhiều hơn trong nhiên liệu rắn

Lưu huỳnh: Là thành phần cháy trong nhiên liệu Trong than, lưu huỳnhtồn tại dưới ba dạng: Liên kết hữu cơ Shc, khoáng chất Sk, liên kết Sunfat

Ss.

Lưu huỳnh hữu cơ và khoảng chất có thể tham gia quá trình cháy gọi làlưu huỳnh cháy Sc Còn lưu huỳnh sunfat nằm dưới dạng CaSO4, MgSO4,FeSO4 những liên kết này không tham gia quá trình cháy mà chuyển thànhtro của nhiên liệu

Tro, xỉ(A): Là thành phần còn lại sau khi nhiên liệu được cháy kiệt

Độ ẩm(M): Là thành phần nước có trong nhiên liệu thường được bốc hơivào giai đoạn đầu của quá trình cháy

 Lưu huỳnh nằm trong nhiên liệu rắn ít hơn trong nhiên liệu lỏng Nhiệttrị của lưu huỳnh bằng khoảng 1/3 nhiệt trị của Cacbon Khi cháy sẽ tạo

ra khí SO2 hoặc SO3 Lúc gặp hơi nước SO3 dễ hòa tan tạo ra axit H2SO4gây ăn mòn kim loại Khí SO2 thải ra ngoài là khí độc nguy hiểm Vì vậylưu huỳnh là nguyên tố có hại của nguyên liệu

 Oxi và Nito: Là những chất trơ trong nhiên liệu rắn và lỏng Sự có mặtcủa O2 làm giảm thành phần cháy của nhiên liệu làm cho nhiệt trị củanhiên liệu giảm xuống Nhiên liệu càng non thì õy càng nhiều Khi đốtnhiên liệu, Nito không tham gia quá trình cháy chuyển thành dạng tự do

ở trong khối

 Thành phần công nghệ của Than

 Ngoài thành phần hóa học, người ta còn đánh giá đặc tính của than dựa trên thành phần công nghệ Các thành phần công nghệ sử dụng

để đánh giá than bao gồm: Độ ẩm, hàm lượng, cốc, hàm lượng chấtbốc, hàm lượng tro, nhiệt trị nhiên liệu

 Độ ẩm trong than “M”

 Độ ẩm trong than là hàm lượng nước chứa trong than Độ ẩm toànphần của than được xác định bằng lấy nhiên liệu trong tư sấy ở nhiệtđộ: 1050C cho đến khi trọng lượng nhiên liệu không thay đổi, Phầntrọng lượng mất đi gọi là độ ẩm nhiên liệu Thực ra ở nhiệt độ

105oC chưa đủ để thải hoàn toàn độ ẩm ra khỏi nhiên liệu vì một sốloại độ ẩm trong như ẩm tinh thể, thường phải ở nhiệt độ 500-

8000C, mới thoát ra ngoài được

 Độ tro trong than“ A”

 Các vật chất ở dạng khoáng chất trong than khi cháy biến thành tro Sự

có mặt của chúng làm giảm thành phần cháy nghĩa là làm giảm nhiệt trịcủa than Tỷ lệ trong than ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cháy của thannhư: Giảm nhiệt trị của than , gây nên mài mòn ống hấp thụ nhiệt, bámbẩn làm giảm hệ số truyền nhiệt qua vách ống… Ngoài ra một đặc tínhquan trọng của tro là ảnh hưởng lớn đến quá trình làm việc của thiết bịcháy là độ nóng chảy của tro Độ tro của nhiên liệu được xem bằng cáchđun nẫu nhiên liệu đốt đến 800-850OC đối với nhiên liệu rắn, 500oC đốivới nhiên liệu lỏng, cho đến khi trọng lượng còn lại ko thay đổi Phầntrọng lượng ko thay đổi đó tính bằng phần trăm gọi là độ tro của nhiênliệu Độ tro của madut vào khoảng 0,2-0,3% của gỗ vào khoảng 0,5-1%của than antraxit có thể lên tới 15-30% hoặc cao hơn nữa

 Một trong những đặc tính quan trọng làm ảnh hưởng đến điều kiện làmviệc trong lò hơi là độ nóng chay của tro

 Chất bốc của than “V”

 Khi đem đốt nóng nhiên liệu trong điều kiện môi trường không có lõi thìmối liên kết các phân tử hữu cơ bị phân hủy Quá trình đó được gọi làquá trình phân hủy nhiệt Sản phẩm của phân hủy nhiệt là những chấtkhí gọi là “Chất Bốc” và kí hiệu là VC%, bao gồm những khí hidro,cacbuahidro, cacbonoxit, cacbonic

 Những liên kết có nhiều oxy là những liên kết ít bền vững dễ bị phá vỡ

ở nhiệt độ cao, vì vậy than càng non tuổi bao nhiêu thì chất bốc càngnhiều bấy nhiêu, than bùn( V=70%), than đá( V=10-45%), thanantraxit( V=2-9%)

 Nhiệt độ bắt đầu sinh ra chất bốc phụ thuộc vào tuổi hình thành củathan,than càng non tuổi thì nhiệt độ bắt đầu sinh chất bốc càng thấp,lượng chất bốc sinh ra còn phụ thuộc vào thời gian xám, than ít thiêukết có mau ánh kim loại

 Độ cứng của than phụ thuộc vào độ xốp của cốc, than càng xốp thì

độ bền càng dễ nghiền

 Nhiệt trị của than:

 Nhiêt trị của than là lượng nhiệt phát ra khi cháy hoàn toàn 1 kgthan được kí hiệu bằng chữ Q( Kj/kg) Nhiệt trị của than được phânthành nhiệt trị cao và nhiệt trị thấp

 Theo tiêu chuẩn ASTM D388 thì chất bốc của than thành phần bay hơicủa than đã trừ đi độ ẩm khi mẫu than được đốt nóng trong chén có nắpđậy kín( không đưa không khí vào), ở nhiệt độ 800-8200C, trong thờigian 7 phút và được kí hiệu là V(%)

 Chất bốc của than có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy than, chấtbốc càng nhiều bao nhiêu thì than càng xốp dễ bắt lửa và cháy kiệt bấynhiêu Vì vậy khi cháy than ít chất bốc như than Antraxit của Việt Namthì phải có biện pháp kĩ thuật thích hợp

Vấn đề ô nhiễm môi trường không khí:

 Ô nhiễm môi trường không khí là do có sự biến đổi quan trọng trong

thành phần không khí theo chiều hướng bất lợi đối với sinh vật và con người Có hai nguồn gây ô nhiễm chính là nguồn tự nhiên và nguồn nhântạo Nguồn tự nhiên do các hiện tương thiên nhiên như núi lửa, động đấtcháy rừng, quá trình phân hủy xác động thực vật Nguồn nhân tạo do cáchoạt động sản xuất công nghiệp các hoạt động giao thông vận tải, xâydựng từ các hoạt động sinh hoạt con người, Hiện nay nguồn nhân tạo lànguồn gây ô nhiễm chính với môi trường không khí và chúng ta đang cốgắng khắc phục nguồn thải độc hại này

II.1 Thiết bị và dụng cụ

II.2 Chế tạo phụ gia và bổ sung phụ gia

II.3 Các phương pháp xác định

II.3.1 Xác định hàm lượng chất bốc(TCVN 174:2011) ISO 562:2010

 Chuẩn bị mẫu thử: Than được nghiền qua sang kích thước lỗ 212

µm Mẫu phải được trộn kỹ và hàm lượng ẩm cân bằng với độ ẩmmôi trường trong phòng thí nghiệm Một phần mẫu thử lấy từ cùngmột mẫu thử để xác định độ ẩm, song song với việc xác định hàmlượng chất bốc

 Cách tiến hành: Điều chỉnh nhiệt độ của lò nung đến 900±5 0C

 Đặt vào lò nung một chén không chứa mẫu và nắp Duy trì nhiệt độ

lò tại 900±5 0C trong 7 phút Lấy các chén nung ra và đề nguội đếnnhiệt độ phòng rồi cân

 Sau đó cân 1±0,1 g mẫu thử chính xác đến 0,1 mg Bỏ nắp và gõnhẹ chén lên bề mặt cứng, sạch cho đến khi mẫu thử tạo một lớp dàyđều trên đáy chén

 Chuyển chén vào lò, đóng cửa lò và để trong 7 phút ± 5 giây

 Lấy chén ra và để nguội đến nhiệt độ phòng rồi cân chính xác đến 0,1mg

 Tính toán:

Trong đó: m1 là khối lượng của chén không chứa mẫu và nắp, g

m2: khối lượng của chén và nắp và phần mẫu thử trước khinung, g

m3: khối lượng của chén và nắp và phần mẫu thử sau khinung, g

M: hàm lượng ẩm trong mẫu phân tích, được xác định theoTCVN 4919 (ISO 1170) hoặc ISO 11722:99

 Kết quả là giá trị trung bình của hai lần xác định, chính xác đến 0,1%khối lượng

 Vì cốc hút ẩm, độ ẩm của cốc sẽ thay đổi theo sự thay đổi theo độ

ẩm của không khí, do đó phải xác định hàm lượng ẩm trong mẫuphân tích chung cho tất cả các phần mẫu cân, dùng cho các phépphân tích khác Nếu các phần mẫu thử dùng cho các phép phân tíchkhác được cân tại cùng một thời điểm thì một phép xác định hàmlượng ẩm là đủ để tiến hành hiệu chỉnh các phép phân tích này

 II.3.3 Xác định hàm lượng tro (TCVN 173 : 2011) / ISO 1171 :

2010

 Tro còn lại sau khi đốt than hoặc cốc trong không khí khi bắt nguồn

từ các phức chất vô cơ có trong than ban đầu và từ khoáng vật kếthợp Lượng lưu huỳnh còn giữ trong tro phụ thuộc một phần vàonhững điều kiện hóa tro, để có cơ sở so sánh giá trị của tro, cần phảitôn trọng những điều kiện này

 2 Nguyên tắc

 Mẫu được đốt trong không khí với một tốc độ qui định tới nhiệt độ

8150C ± 150C và duy trì ở nhiệt độ này đến khi khối lượng khôngđổi Đặc điểm của than đá, antraxit và cốc khác với than nâu và thanlinhit là tốc độ nung nóng của than đá, antraxit và cốc cho phépnhanh hơn

 Phần trăm của tro được tính từ khối lượng phần trăm còn lại sau khiđốt mẫu

 3.3 Khay nung silic, sứ hoặc platin: sâu từ 10 đến 15 mm, có nắp,đường kính của khay sao cho khối lượng trên đơn vị diện tích của lớpmẫu không vượt quá 0,15 cm2 đối với than hoặc 0,1 g/cm2 đối với vớicốc.

 3.4 Tấm cách ly bằng silic: dầy 6 mm có kích thước sao cho dễ dàngđưa vào lò múp (4.2)

 4 Chuẩn bị mẫu

 Than hoặc cốc dùng để xác định hàm lượng tro là mẫu phân tích đãnghiền qua rây có lỗ 200m Nếu cần, mẫu nên phơi thành lớp mỏngtrong thời gian vừa đủ để hàm lượng ẩm đạt gần cân bằng với môitrường phòng thí nghiệm

 Trước khi bắt đầu thử, trộn mẫu phân tích cẩn thận trong thời giankhông ít hơn một phút, tốt nhất là bằng cơ giới

 II.3.4 Xác định hàm lượng Lưu Huỳnh

 II.3.5 Xác định nhiệt trị

 Qua quá trình thực tập ở viện hoá em đã tìm hiểu được kiến thức và máy móc trang thiết

bị ở trung tâm.

đưa ra phương pháp tối ưu nhất

 Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô và các bạn đã lắng nghe