Bài giảng công nghệ chuyển hóa than phần 8 GV văn đình sơn thọ

PHẦN CƠNG NGHỆ KHÍ HĨA THAN Giảng viên : Văn Đình Sơn Thọ Phone : 097.360.4372 thovds-petrochem@mail.hut.edu.vn Địa load giảng : https://sites.google.com/site/vandinhsontho  Khí hóa than phản ứng oxy hóa khơng hồn tồn phần hữu than tác dụng oxy, nước tác nhân oxy hóa khác  Q trình khí hóa than xảy nhiệt độ cao (800oC-1800oC) để thu khí H2 CO  Trong cơng nghiệp hỗn hợp khí thường đốt lị cơng nghiệp ( chủ yếu nhà máy nhiệt điện, xy măng, ceramic…)  Làm nguyên liệu đểđể sản xuất NH3 CH3OH nhiên liệu tổng hợp H2 hóa chất để thiết lập nên ngành hóa học hữu Ngun liệu để khí hóa Than  Chất thải sinh hoạt  Biomass  Petrocoke  Các vùng thiết bị khí hóa Vùng cháy  Vùng khử  Vùng nhiệt phân  Vùng sấy  Vùng cháy :   Là nơi xảy phản ứng cháy than với oxy Phản ứng Đây pu oxy hóa tỏa nhiệt mạnh ( Q = 98500 Kcal/Kmol) nguồn nhiệt cung cấp nhiệt lượng cho tồn q trình khí hóa  Đối với tầng chuyển động nhiệt độ vùng khí hóa phải thấp nhiệt độ chảy mềm tro Sản phẩm vùng cháy chuyển động lên vùng khử cấp nhiệt cho than vùng khử  Quá trình truyền nhiệt chủ yếu đối lưu ( khơng có dẫn nhiệt hệ số dẫn nhiệt than kém.)  Vùng khử :  Khí vào vùng khử sp nguyên liệu vùng cháy gồm CO2 nước Sẽ có 03 phản ứng sau C + CO2 = 2CO – Q C + H2O = CO + H2 – Q C + 2H2O = CO2 + 2H2 – Q  Vùng khử tạo khí CO H2 thu nhiệt mạnh, lúc tốc độ phản ứng giảm Vùng nhiệt phân : Sản phẩm vùng khử vào vùng nhiệt phân nung nóng than vùng Q trình nhiệt phân xảy trình cắt mạch nhánh phân tử than tạo sản phẩm khí sản phẩm lỏng (còn gọi chất bốc)  Vùng sấy  Q trình khí hóa phụ thuộc thiết bị q trình là khí hóa Lị khí hóa sử dụng rộng rãi giới phân làm loại : Khí hóa tầng chuyển động, Khí hóa tầng sơi Khí hóa tầng chuyển động Khí hóa lịng đất  Khí hóa chiều Koppers-Totzek xây dựng Phần lan, Hy lạp,Thổ nhĩ kỳ, Ấn độ, Nam phi Zimbabue Các nhà máy phần lớn để sản xuất amoniac  Lị khí hóa KT thiết kế để than oxy đưa vào từ hai bên lị khí hóa, khí sản phẩm đỉnh lò đáy lò nơi tháo xỉ  Thiết bị thiết kế với suất 5000Nm3/h với hai nạp Gần công suất thiết kế thiết bị lên đến 32.000Nm3/h với nạp  Khí sản phẩm có nhiệt độ 1500oC làm nguội nước xuống 900oC để xỉ lỏng vào thiết bị làm nguội trường hợp có vào thiết bị trao đổi nhiệt xỉ khơ, không ảnh hưởng lớn đến ống trao đổi nhiệt Lị khí hóa có lớp áo nước để giảm nhiệt độ tường lị khí hóa Một tỷ lệ đánh kể lượng nhiệtđược truyền vào lớn áo nước áp suất thấp lượng nhiệt đáng kể trình  Đáy lị khí hóa water bath dùng để tận dụng nhiệt xỉ van thủy lực ( nước) để khí hình thành lị khí hóa khơng theo đường xỉ ngồi Q trình khí hóa Shell  Hai cơng ty Shell Koppers liên doanh để xây dựng nhà máy khí hóa Shell vào năm 1978 Harburg- Đức với công suất 150 tấn/ngày với tham vọng khác  Hãng Koppers muốn phát triển khí hóa để sản xuất khí tổng hợp với suất cao, hãng Shell tham vọng sản xuất nhiên liệu tổng hợp từ than cơng nghệ khí hóa FischerTropsch Sau hai cơng ty phát triển công nghệ theo mục đích khác  Shell xây dựng nhà máy khác Houston có cơng suất 250 tấn/ngày cịn Koppers xây nhà máy công suất 48 tấn/ngày Furstenhausen (đức)  Năm 1994 nhà máy công suất 2000 tấn/ngày xây dựng Phần Lan 1997 xây dựng nhà máy 3000 tấn/này Tây Ban Nha Trong năm gần nhiều nhà máy hãng Shell xây dựng Trung Quốc  Than bột thông qua hoppers (có kích thước 90um) đưa vào thiết bị khí hóa khí trơ thơng qua vịi phun  Q trình khí hóa xảy lịng ống thiết bị khí hóa Ở gần đầu đốt phối trộn với oxy nước Phản ứng xảy nhanh thời gian lưu than 0,5-4 seconds Khí sinh đỉnh lị  Xỉ theo đường đáy lị khí hóa ngồi water bath  Nhiệt độ lị khí hóa khoảng 1500oC áp suất khoảng 30-40bar Quá trình làm nguội đột ngột xỉ tiếp xúc với nước làm xỉ vụn nhỏ mịn, sản phẩm sử dụng làm nguyên liệu cho trình sản xuất xi măng  Lớp lót lị phản ứng lớp màng có cấu tạo đặc biệt bọc gạch SiC để hạn chế nhiệt xạ nhiệt độ cao xỉ tiếp xúc với lớp thành kim loại lị khí hóa  Trong ống, nước hình thành sử dụng cho nhà máy nhiệt điện  Lượng nhiệt mát tường lị khí hóa phụ thuộc vào chế độ tháo xỉ Và chiếm khoảng từ 2-4% nhiệt cháy lượng than đưa vào  Tỷ lệ CO 2/3 H2 1/3 Khí sau khỏi lị khí hóa tiếp xúc trực tiếp với nước để giảm nhiệt độ xuống 900oC với dịng nước tuần hồn 280oC  Thiết bị tiếp xúc thiết kế để khí nóng xỉ dạng khô trước tiếp xúc với ống trao đổi nhiệt kim loại Sau khỏi thiết bị tiếp xúc trực tiếp, khí sản phẩm tiếp tục làm mát thiết bị làm mát khí làm tăng nhiệt độ nước ( tác nhân làm lạnh) để phục vụ cho trình sản xuất điện  Khí sau làm nguội có nhiệt độ 280oC tiếp tục qua thiết bị lọc bụi ( candle) để loại bỏ bụi rắn Khoảng ½ lượng khí lại đưa trở lại thiết bị nén khí để sử dụng quenching gas Lượng khí cịn lại tiếp tục làm mát thiết bị sục Q trình khí hóa Noell Q trình khí hóa Texaco Năm 1983 1985 hai nhà máy xây dựng Ube-Nhật 01 nhà máy xây dựng Tuynidi Năm 1990, 09 nhà máy xây dựng 05 nhà máy Trung Quốc hai nhà máy Trung Quốc sản xuất methanol khí đốt nhà máy cịn lại sản xuất NH3 điên Có 04 nhà máy Mỹ có 03 nhà máy Mỹ sử dụng nguyên liệu coke dầu mỏ sx NH3 01 nhà máy Mỹ sản xuất điện với công suất 250MWe Công nghệ Texaco nạp nguyên liệu dạng huyền phù đưa từ đỉnh tháp cơng nghệ khí hóa chiều tường lị làm vật liệu chịu nhiệt  Công nghệ Texaco có kỹ thuật làm mát làm mát theo phương pháp tiếp xúc trực tiếp radiant boiler  Than coke dầu mỏ nghiền ướt với kích thước nhỏ khoảng 100um tạo huyền phù thiết bị tạo huyền phù, huyền phù đưa vào thiết bị khí hóa bơm màng áp suất lị khí hóa 30bar cho q trình IGCC hoạt động áp suất 70-80 bar để sản xuất khí tổng hợp  Huyền phù đưa vào thiết bị khí hóa với tác nhân oxy hóa ( thường oxy) thơng qua vịi phun đặt đỉnh tháp Nhiệt độ tháp khí hóa 1500oC nhiệt độ chảy lỏng xỉ  Với kỹ thuật làm lạnh trực tiếp, khí tạo thành với xỉ xuống phía lị khí hóa vào vùng làm mát (   Với kỹ thuật làm lạnh trực tiếp, khí tạo thành với xỉ xuống phía lị khí hóa vào vùng làm mát ( quenching – tơi) Khí sau khỏi vùng quenching bão hịa nước có nhiệt độ khoảng 200-300oC Nếu sử dụng khí cho sản xuất hóa học sản xuất hydro NH3 điều kiện ly tưởng để thực phản ứng shift CO  Xỉ trao đổi nhiệt trở trạng thái rắn tháo ngồi thơng qua cửa tháo hopper, nước tách đưa trở lại thiết bị tạo nhũ tương (bùn)  Với kỹ thuật làm mát radiar sử dụng để sản xuất điện Khí sau khỏi thiết bị khí hóa vào thiết bị làm mát radiar giảm nhiệt độ khí xuống 760oC Khí sau làm kạnh tiếp tục thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống hạ xuống 425oC Hai thiết bị làm mát tăng nhiệt độ môi chất làm mát ( nước có áp suất cao) Áp suất lên đến 115bar  Xỉ lỏng tiếp xúc với nước hóa rắn tháo ngồi nhờ hopper  Công nghệ đầu tư không đắt tiền chi phí sửa chữa lớn ... Khí hóa than phản ứng oxy hóa khơng hồn tồn phần hữu than tác dụng oxy, nước tác nhân oxy hóa khác  Q trình khí hóa than xảy nhiệt độ cao (80 0oC- 180 0oC) để thu khí H2 CO... khí hóa Lị khí hóa sử dụng rộng rãi giới phân làm loại : Khí hóa tầng chuyển động, Khí hóa tầng sơi Khí hóa tầng chuyển động Khí hóa lịng đất Khí hóa tầng chuyển động  Tầng chuyển động gọi... hợp theo công nghệ Fischer-Tropsch (số liệu cập năm 2002) Công nghệ áp dụng Nam phi cơng nghệ khí hóa áp suất cao cơng nghệ phù hợp với loại than có nhiệt độ chảy mềm tro cao  Công nghệ áp dụng