CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA SINH KHỐI ĐỂ SẢN XUẤT ĐIỆN

Khí hóa sinh khối. Là quá trình đốt cháy nguồn nguyên liệu biomass trong môi trường thiếu ôxi để sản sinh ra các chất khí dễ cháy bao gồm Carbon monoxide (CO), hydro (H2) và một phần khí metan (CH4). Hỗn hợp này được gọi là hỗn hợp khí cháy (tài liệu nước ngoài thường viết là producer gas- sinh khí).

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA SINH KHỐI ĐỂ SẢN XUẤT ĐIỆN GVHD : SVTH : LỚP :DH11H1 KHÓA :2011-2015 Vũng Tàu, tháng 5 năm 2014 KHOA HÓA HỌC & CNTP Độc lập-Tự do-Hạnh phúc 000 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU Họ và tên sinh viên: Ngành :Công nghệ kỹ thuật hóa học-chuyên ngành hóa dầu 1.TÊN ĐỀ TÀI Công nghệ khí hóa để sản xuất điện 2. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG  Nhiệm vụ:  Nội dung: Vũng Tàu, ngày tháng năm 2014 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN  Đồ án này được thực hiện nhờ sự hướng dẫn trực tiếp của cô Đặng Thị Hà cùng các thầy cô Khoa hóa học & CNTP trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu. Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn cô Đặng Thị Hà và các thầy cô khác cùng tất cả bạn bè đã giúp đỡ nhóm trong quá trình thực hiện đồ án! NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Xác nhận của GVHD Chữ ký MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN KHÍ HÓA - BIOMASS 1.1.1 Năng lượng sinh khối 1.1.2 Ứng dụng của năng lượng sinh khối 1.1.3 Khí hóa sinh khối 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.2.1 Trong nước 1.2.2 Ngoài nước 1.3 CƠ SỞ LÝ HÓA 1.3.1.Giới thiệu 1.3.2: Cơ chế phản ứng của các phản ứng chính trong quá trình khí hóa sinh khối. 1.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khí hóa sinh khối. CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG KHÍ HÓA - BIOMASS 2.1. CƠ SỞ CÔNG NGHỆ. 2.1.1. Công nghệ đốt trực tiếp và lò hơi (Direct-fired, Conventional Steam Boiler) 2.1.2 Phương pháp đốt liên kết. 2.1.3. Tiêu hóa yếm khí (Anaerobic Digestion) 2.1.4 Khí hóa sinh khối. ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ LỜI MỞ ĐẦU  Hiện nay chúng ta đang sống trong một thế giới luôn chứa đầy những bất ổn: Về môi trường: Do tốc độ phát triển như vũ bão của các ngành công nghiệp và việc khai thác sử dụng nguồn năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch tưởng như không bao giờ cạn kiệt như dầu, than đá, v v Đã làm cho môi trường sống của chúng ta ngày càng ô nhiễm trầm trọng. Tuy nhiên, con người đã dần nhận thức được rằng một ngày nào đó nguồn nhiên liệu hóa thạch kia sẽ cạn kiệt và lúc đó ta sẽ phải lấy năng lượng từ các nguồn nhiên liệu khác để thay thế. Đó chính là năng lượng tái tạo (như là năng lượng gió, năng lượng mặt trời, Biomass .v.v.) mà thiên nhiên đã ban cho con người. Và một trong những vấn đề đó sẽ được nói tới ở đây, Đó là một cách để tận dụng năng lượng từ nguyên liệu sinh khối. Trong đồ án này, chúng em sẽ làm về “ Công nghệ khí hóa sinh khối để sản xuất điện” có thể ứng dụng trong thực tiễn. Đồ án bao gồm những nội dung chính sau: >> Tổng quan về sinh khối >> Cơ sở hóa học của quá trình khí hóa sinh khối >> Công nghệ khí hóa sinh khối để sản xuất điện >> Thiết kế dây chuyển khí hóa sinh khối để sản xuất điện >> Kết Luận TRANG 6 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN KHÍ HÓA - BIOMASS 1.1.1 Năng lượng sinh khối Sinh khối là vật liệu hữu cơ có nguồn gốc từ sinh vật có khả năng tái tạo (như gỗ, thực vật, … ) ngoại trừ nguồn nguyên liệu hóa thạch (dầu mỏ, than đá,… ). Với đặc tính của nó: có khả năng tái tạo, dự trữ trong nhiều nguồn sẵn có, có khả năng lưu trữ và thay thế dầu nên nó đang được đặt sự quan tâm rất lớn, nhất là hiện nay khi nguồn nguyên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt.  Ưu điểm từ năng lượng sinh khối: Lợi ích kinh tế : -Phát triển nông thôn là một trong những lợi ích chính của việc phát triển NLSK, tạo thêm công ăn việc làm cho người lao động (sản xuất, thu hoạch ) -Thúc đẩy sự phát triển công nghiệp năng lượng, công nghiệp sản xuất các thiết bị chuyển hóa năng lượng.v.v -Giảm sự phụ thuộc vào dầu, than, đa dạng hóa nguồn cung cấp nhiên liệu. Lợi ích môi trường : Đây là một nguồn năng lượng khá hấp dẫn với nhiều ích lợi to lớn cho môi trường: - Năng lượng sinh khối có thể tái sinh được. - Năng lượng sinh khối tận dụng chất thải làm nhiên liệu. Do đó nó vừa làm giảm lượng rác vừa biến chất thải thành sản phẩm hữu ích. - Đốt sinh khối cũng thải ra CO 2 nhưng mức S và tro thấp hơn đáng kể so với việc đốt than bitum. Ta cũng có thể cân bằng lượng CO 2 thải vào khí quyển TRANG 7 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ nhờ trồng cây xanh hấp thụ chúng. Vì vậy, sinh khối lại được tái tạo thay thế cho sinh khối đã sử dụng nên cuối cùng không làm tăng CO 2 trong khí quyển. - Như vậy, phát triển năng lượng sinh khối làm giảm sự thay đổi khí hậu bất lợi, giảm hiện tượng mưa axit, giảm sức ép về bãi chôn lấp v v  Khó khăn - Việc đốt sinh khối theo công nghệ cũ sinh ra các hạt bụi lơ lửng gây ô nhiễm. Ô nhiễm không khí là một trong những nguyên nhân gây bệnh tật và tử vong. - Nếu tập trung vào nguồn sinh khối gỗ thì gây tác động tiêu cực đến môi trường, phá rừng, xói mòn đất, sa mạc hóa, và những hậu quả nghiêm trọng khác. 1.1.2 Ứng dụng của năng lượng sinh khối Chuyển đổi nhiệt hóa: đốt nhiệt, khí hóa và nhiệt phân. Chuyển đổi sinh hóa: phân hủy yếm khí và lên men. a. Sản xuất nhiệt truyền thống Nhiệt lượng từ việc đốt sinh khối được sử dụng để đốt sưởi ấm, để nấu chín thức ăn, để đun nước tạo hơi, b. Nhiên liệu sinh khối Sinh khối dạng rắn có thể được chuyển đổi thành nhiên liệu lỏng. Ba dạng nhiên liệu phổ biến sản xuất từ sinh khối là methanol, ethanol, và biodiesel. Pha nhiên liệu sinh học vào các sản phẩm dầu khí sẽ gia tăng hiệu suất đốt của nhiên liệu và từ đó giảm ô nhiễm không khí. c. Sản xuất điện từ năng lượng sinh khối Cho đến ngày nay, có khá nhiều kỹ thuật chuyển sinh khối thành điện năng. Các công nghệ phổ biến nhất bao gồm: đốt trực tiếp hoặc tạo hơi nước thông thường, nhiệt phân, đốt kết hợp cofiring, khí hóa, tiêu yếm khí, sản xuất điện từ khí thải bãi chôn lấp rác. 1.1.3 Khí hóa sinh khối TRANG 8 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ Khí hóa hay còn gọi sản xuất điện từ khí là việc chuyển đổi nguyên liệu rắn hoặc lỏng thành nhiên liệu khí hữu ích và thuận tiện cho việc đốt cháy để giải phóng năng lượng. Trong quá trình khí hóa , vật liệu được gia nhiệt đến một nhiệt độ cao → dẫn đến thay đổi tính chất vật lý và hóa học → tạo ra các sản phẩm cháy dễ bay hơi (CO, H 2 và CH 4 ) và các chất thải như tro, hắc ín. 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.2.1 Trong nước Ðất nước ta có điều kiện tự nhiên thuận lợi như nóng ẩm, mưa nhiều, đất đai phì nhiêu… nên sinh khối phát triển rất nhanh. Do vậy, nguồn phụ phẩm từ nông, lâm nghiệp phong phú, liên tục gia tăng. Tuy nhiên, những nguồn phụ phẩm đó lại đang bị coi là rác thải tự nhiên, đang bị lãng phí, nguy hiểm hơn lại trở thành nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường như tình trạng đốt rừng, rơm rạ, mùn cưa ở miền Bắc hoặc đổ trấu xuống sông, kênh rạch ở Ðồng bằng sông Cửu Long… NLSK nằm trong trong chu trình tuần hoàn ngắn, được các tổ chức về phát triển bền vững và môi trường khuyến khích sử dụng. Tận dụng được nguồn nhiên liệu này sẽ đồng thời cung cấp năng lượng cho phát triển kinh tế và đảm bảo bảo vệ môi trường. Tiềm năng về NLSK của Việt Nam được đánh giá là rất đa dạng và có trữ lượng khá lớn. Bảng 2- Tiềm năng năng lượng biomass từ phụ phẩm nông nghiệp(12/2012) Nguồn Tiềm năng(triệu tấn) Quy dầu t ương Tỷ l ệ (%) Rơm rạ 32,52 7,3 60,4 Trấu 6,50 2,16 17,9 Bã mía 4,45 0,82 6,8 Các loại khác 9,00 1,8 14,9 TỔNG 53,43 12,08 100,0 TRANG 9 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ Ngày 13/3/2014, dự án JICA do Trường Đại học Bách khoa TP. HCM và Viện Khoa học Công nghiệp - Đại học Tokyo thực hiện trong 5 năm (2009 - 2014) với mục tiêu nghiên cứu và phát triển các công nghệ chế biến biomass (phế phụ phẩm nông nghiệp) thành năng lượng như biogas (phục vụ cho công nghiệp, chất đốt gia đình), bioethanol (làm nhiên liệu động cơ, chất đốt công nghiệp) đồng thời kết hợp giải quyết các vấn đề về môi trường và xây dựng xã Thái Mỹ trở thành “Thị trấn sinh khối” (Biomass Town) đầu tiên tại Việt Nam. Nguồn sinh khối chủ yếu của nước ta gồm gỗ và phụ phẩm cây trồng, trong đó gồm rừng tự nhiên, rừng trồng, cây trồng phân tán, cây công nghiệp và cây ăn quả, phế phẩm gỗ công nghiệp. Bảng 1-Tiềm năng năng lượng biomass từ gỗ(12/2012) Nguồn Tiềm năng (triệu tấn) Quy dầu tương đương(triệu toe) Tỷ l ệ (%) Rừng tự nhiên 6,8 2,39 27,2 Rừng trồng 3,7 1,30 14,8 Đất không rừng 3,8 1,35 15,4 Cây trồng phân tán 6,0 2,12 24,1 Cây công nghiệp và ăn quả 2,4 0,8 9,6 Phế liệu gỗ 1,6 0,58 6,6 TỔNG 25,090 8,78 100 Tuy nhiên lĩnh vực nghiên cứu về khí hóa trong nước còn nhiều hạn chế, chỉ giới hạn trong phạm vi hẹp như làm bếp tại nhà, làm máy phát điện công suất nhỏ chưa có hướng phát triển theo qui mô cao hơn. Các công nghệ hiện nay trên thế giới và Việt Nam đang sử dụng: Một số nhà máy điện Biomass tại Việt Nam: - Dự án xây dựng nhà máy điện sinh học Biomass tại khu Rừng Xanh, thị trấn Phong Châu, huyện Phù Ninh, tỉnh Phú Thọ đã được cấp giấy chứng nhận đầu tư với tổng mức đầu tư 1.160 tỷ đồng, công suất 40MW, dự kiến đến năm 2018 nhà máy sẽ hoàn thành và đi vào hoạt động với sản lượng điện TRANG 10 [...]... sổ tay hóa lý Lựa chọn công nghệ khí hóa sinh khối dựa vào nhiều thông số quan trọng: + Chất lượng của nguồn nguyên liệu + Sản phẩm chính của công nghệ Mỗi loại sinh khối có thể sử dụng làm nguyên liệu cho nhiều phương pháp khí hóa sinh khối khác nhau Tùy thuộc kích cỡ của sinh khối mà có thể lựa chọn các công nghệ khí hóa Công nghệ khí hóa phổ biến hiện nay là: khí hóa tầng cố định và khí hóa tầng... 2H2 + O2 = 2H2O CO + H2O → CO2 + H2 Oxy hóa Hydro + 241,820 Oxy hóa khử + 41,170 H2O/CO CO + 3H2 → CH4 + H2O Oxy hóa khử tạo + 206,300 Mêtan C + H2O → CO + H2 Oxy hóa khử -131,400 sinh khí hóa C + CO2 → 2CO Sinh -172,580 sinh khí CO CO2 + H2 → CO +H2O khí Oxy hóa khử Oxy hóa khử -41,170 sinh khí CO C + 2H2 → CH4 Oxy hóa khử + 74,900 sinh khí CH4 Các sản phẩm khí hóa có thể được diễn tả tổng quát bằng... và tách các hợp chất hóa học có thể có hại Sản phẩm khí có thể được dùng ở các máy phát điện hiệu suất cao (dạng CCGT) – như liên hợp turbine khí và hơi – để sản xuất điện năng Hiệu suất của những hệ thống dạng này có thể lên đến 60% TRANG 25 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ 2.2 QUÁ TRÌNH KHÍ HÓA GASIFICATION SẢN XUẤT ĐIỆN Quá trình chuyển đổi khí hóa sinh khối thành khí dễ cháy mà lý tưởng... lượng từ sinh khối sẽ đạt 7,12% Còn ở Trung Quốc đã có Luật năng lượng tái tạo và hiện nay đã có hơn 80 nhà máy điện sản xuất từ sinh khối với công suất đến 50MW/nhà máy Tiềm năng là có thể đạt được 30GW điện từ loại hình năng lượng này Các nhà máy điện sinh khối thường có công suất bé dưới 10MW Tuy nhiên cũng có nhiều nhà máy điện sinh khối công suất lớn trên thế giới như: - Nhà máy điện sinh khối COLMAC... ứng với mỗi kiểu công nghệ hóa khí sinh khối thích hợp 1.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ của quá trình hóa khí nhìn chung được lựa chọn trên cơ sở của trạng thái tro(trạng thái dưới điểm mềm của tro và trên điểm nóng chảy của xỉ) Đối với sinh khối điểm nóng chảy của tro rất cao, đó là sự thuận lợi để thêm chất khí hóa vào sinh khối để giảm nhiệt độ nóng chảy của tro xuống Hóa khí ở nhiệt độ cao... chính gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Cá nhà máy điện sinh khối trên thế giới: Nhà máy điện sinh khối Alholmens, Phần Lan công suất 240 MW điện cộng với 160 MW nhiệt Mỹ là nước sản xuất điện biomass lớn nhất thế giới, có hơn 350 nhà máy điện sinh học, sản xuất trên 7.500MW điện mỗi năm Những nhà máy này sử dụng chất thải từ nhà máy giấy, nhà máy cưa, sản phẩm phụ nông nghiệp, cành lá từ các vườn cây... kích thước hợp lý để cho quá trình khí hóa tiến hành thuận lợi cũng có ý nghĩa quyết định Chính vì vậy cần xử lý nguyên liệu đầu vào bằng quá trình ép viên nguyên liệu TRANG 19 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG KHÍ HÓA - BIOMASS 2.1 CƠ SỞ CÔNG NGHỆ Cho đến ngày nay, có khá nhiều kỹ thuật chuyển sinh khối thành điện năng Các công nghệ phổ biến nhất... 400oC Trong quy trình này ta sẽ đem đi để phát điện, chạy các tuabin phát điện 2.4 TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ TRANG 32 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ Tài liệu tham khảo 1 Ths Nguyễn Minh Việt, Ths Đỗ Anh Tuấn (2012), Công nghệ khí hóa sử dụng phụ phẩm nông, lâm nghiệp để phát điện công suất nhỏ Viện thủy điện và năng lượng tái tạo Tạp chí khoa học và công nghệ thủy lợi số12/2012 2 Nguyễn Đình... methanogenesis sản xuất các khí sinh học, hỗn hợp này gồm có 55-70% khí methane, 25-35 % CO2 và các chất vi lượng như nitrogen và hydrogen sulfide Trong môi trường yếm khí, khí mê tan có thể được thu hồi và sử dụng nhằm cung cấp năng lượng cho turbine khí hoặc thậm chí các pin nhiên liệu Sự sinh trưởng của vi sinh vật và sản xuất khí sinh học là rất chậm ở nhiệt độ bình thường Quá trình phân hủy yếm khí thường... 1.3 CƠ SỞ LÝ HÓA 1.3.1.Giới thiệu Khí hóa sinh khối là quá trình tổng cộng của các phản ứng đồng thể và dị thể của sinh khối Tùy thuộc vào mục đích của quá trình khí hóa, có thể nhận được sản phẩm khí chứa CO, H2 và CH4 Hỗn hợp khí sản phẩm chứa TRANG 12 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU GVHD: ĐẶNG THỊ HÀ CO + H2 có các tỷ lệ khác nhau giữa các cấu tử có thể được dùng cho các quá trình tổng hợp hóa học - C . nhau giữa các cấu tử có thể được dùng cho các quá trình tổng hợp hóa học. - C + O 2 ↔ CO 2 (1) - C + CO 2 ↔ 2 CO (2) - C + H 2 O ↔ CO + H 2 (3) - C + 2 H 2 ↔ CH 4 (4) - CO + 3H 2