Nghiên cứu xây dựng mô hình cân bằng hai giai đoạn cho quá trình khí hóa than trong các thiết bị khí hóa than dòng cuốn theo

Nghiên cứu xây dựng mô hình cân bằng hai giai đoạn cho quá trình khí hóa than trong các thiết bị khí hóa than dòng cuốn theo Nghiên cứu xây dựng mô hình cân bằng hai giai đoạn cho quá trình khí hóa than trong các thiết bị khí hóa than dòng cuốn theo luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

NGUYỄN TIẾN HOÀNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN TIẾN HOÀNG KỸ THUẬT HĨA HỌC NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH CÂN BẰNG HAI GIAI ĐOẠN CHO Q TRÌNH KHÍ HĨA THAN TRONG CÁC THIẾT BỊ KHÍ HĨA THAN DỊNG CUỐN THEO LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC KHÓA 2011B Hà Nội – Năm 2013 MỤC LỤC PHẦN I TỔNG QUAN CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KHÍ HĨA THAN 1.1 Giới thiệu 1.2 Lịch sử phát triển 1.2.1 Tình hình khí hóa than giới 1.2.2 Tình hình khí hóa than Việt Nam 1.3 Vấn đề ô nhiễm mơi trường tầm quan trọng khí hóa than 1.3.1 Vấn đề môi trường 1.3.2 Tầm quan trọng khí hóa than CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÍ HĨA THAN .10 2.1 Khí hóa tầng dịch chuyển (fixed/moving bed) .10 2.2 Khí hóa tầng sơi (fluidized bed) .11 2.2.1 Tầng sôi sủi bọt (BFP) 11 2.2.2 Tầng sơi tuần hồn (CFB) 12 2.2.3 Tầng sôi tổ hợp (DFB) (hybrid/twin reactor or dual fluidized bed) 14 2.3 Khí hóa dịng theo (Entrained-Flow Gasification) 16 PHẦN II MƠ HÌNH TÍNH TỐN VÀ MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 22 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MƠ HÌNH VÀ MƠ PHỎNG CHO LỚP TẦNG SÔI .22 3.1 Mơ hình hệ thống q trình (PSM) .23 3.2 Tính tốn thủy động lực học dịng chảy (CFD) 25 3.3 Mục tiêu nghiên cứu 26 CHƯƠNG MƠ HÌNH CÂN BẰNG HAI GIAI ĐOẠN .27 4.1 Khái qt mơ hình 27 4.2 Gới thiệu mơ hình 27 4.3 Mơ hình cân hai giai đoạn 29 4.3.1 Các phương trình mơ tả mơ hình 31 4.3.2 Các phương trình phụ trợ mơ hình .32 4.4 Các bước giải mơ hình 37 I CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 5.1 Kiểm định mơ hình 39 5.2 Đánh giá ảnh hưởng tỷ lệ oxy/than đến thơng số khí hóa 47 5.3 Đánh giá ảnh hưởng tỷ lệ nước với than đến thơng số khí hóa …………………………………………………………………………49 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54 6.1 Kết luận 54 6.2 Kiến nghị 55 II LỜI CAM ĐOAN  Bản luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học với đề tài: “Nghiên cứu xây dựng mơ hình cân hai giai đoạn cho q trình khí hóa than thiết bị khí hóa than dịng theo” hoàn thành hướng dẫn TS Nguyễn Đặng Bình Thành – Bộ mơn Máy Thiết bị Cơng nghiệp Hóa chất – Viện Kỹ thuật Hóa học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan, luận văn không chép nội dung từ luận văn thạc sỹ luận án tiến sỹ khác Hà Nội, ngày … tháng … năm 2013 Người viết Nguyễn Tiến Hoàng III LỜI CẢM ƠN  Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Đặng Bình Thành, Giảng viên Bộ mơn Máy Thiết bị Cơng nghiệp Hóa Chất tận tình hướng dẫn chun mơn, phương pháp nghiên cứu tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình học tập thực đề tài Xin gửi lời trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Viện Đào tạo Sau đại học thầy, cô giáo Viện Kỹ thuật Hóa học - Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình dạy dỗ, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành nội dung học tập thực đề tài thuận lợi Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, bạn lớp Cao học Kỹ thuật Hóa học 2011 - 2012 giúp đỡ động viên thời gian học tập trình làm luận văn Hà Nội, ngày… tháng … năm 2013 IV DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU HĨA-LÝ VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Kí hiệu Tên gọi Đơn vị α Hoạt độ Cp Nhiệt dung riêng đẳng áp J/mol ∆GT0 Năng lượng tự Gibbs J/mol ∆G 0f Năng lượng tự tạo thành điều kiện chuẩn J/mol h Entapi đẳng áp J/mol ∆H 0f Entapi tạo thành điều kiện chuẩn J/mol K Hằng số cân phản ứng m Tỉ lệ khối lượng n Số mol cấu tử mol 10 P Áp suất Pa 11 N Tổng số mol cấu tử pha khí mol 12 R Hằng số khí lí tưởng J/mol.K 13 T Nhiệt độ tuyệt đối K K 14 v Tỉ trọng mol khí m3/mol 15 y Tỉ lệ mol 16 η Độ chuyển hóa Carbon 17 ϕ Hệ số Fugat 18 β Tỉ lệ nước vùng cân 19 φ Yếu tố cân hóa học 20 ε Tiêu chuẩn hội tụ 21 Điều kiện chuẩn 22 i Chỉ số 23 C Carbon 24 O Oxy 25 H Hydro - V 26 S Lưu huỳnh 27 CO Carbon oxit 28 CO2 Carbon đioxit 29 CH Metan 30 H 2O Nước 31 H2S Khí hydro sulphua 32 BFB Bubbling Fluidized Bed (Tầng sơi sủi bọt) 33 CFB Circulating fluidized-bed(Tầng sơi tuần hồn) 34 DFB Dual fluidized-bed(Tầng sôi tổ hợp) VI DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 So sánh số nhiên liệu giá thành sản xuất nhiệt ………… Bảng 2.1 So sánh đặc điểm thiết bị khí hóa phổ biến …………… 20 Bảng 5.1 Các điều kiện thực nghiệm cho thiết bị khí hóa Cool Water … 40 Bảng 5.2 Các thông số công nghệ chạy thử nghiệm thiết bị khí hóa Texaco………………………………………………………… Bảng 5.3 Dữ liệu than đá sử dụng cho nghiên cứu…………………… VII 41 47 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Độ tăng mức độ tiêu thụ lượng toàn cầu (2001-2005)… Hình 1.2 Cơng suất khí hóa tồn giới kế hoạch phát triển Hình 1.3 So sánh chi phí nhiên liệu……………………………………… Hình 2.1 Hình 2.2 Các giai đoạn thiết bị khí hóa tầng dịch chuyển dịng hướng lên (updraft)……………………………………………… Thiết bị khí hóa tầng sơi sủi bọt kiểu Winkler nhiệt độ cao (HTW)……………………………………………………………… 11 12 Hình 2.3 Thiết bị khí hóa tầng sơi tuần hồn…………………………… 13 Hình 2.4 Thiết bị khí hóa tầng sơi kiểu tổ hợp (CFB BFB)………… 14 Hình 2.5 Thiết bị khí hóa tầng sơi ghép đơi……………………………… 16 Hình 2.6 Minh họa q trình khí hóa thiết bị DFB……………… 16 Hình 2.7 Sự hạt lị khí hóa dịng theo………………… 17 Hình 2.8 Hai kiểu lị khí hóa dịng lơi cuốn………………… 18 Hình 2.9 Một thiết bị khí hóa dịng theo kiểu top-fed downflow… 19 Hình 3.1 Hình 4.1 Nguyên tắc xây dựng mơ hình thiết bị tầng sơi tổ hợp dùng cho khí hóa than ……………………………………… Tỷ lệ nước tham gia vào trình cân phản ứng giai đoạn phản ứng dị thể…………………………… 23 36 So sánh kết mơ hình khí hóa với liệu thực nghiệm Hình 5.1a độ chuyển hóa carbon thu từ q trình khí hóa 42 thiết bị Cool Water……………………………………………… So sánh kết mơ hình khí hóa với liệu thực nghiệm Hình 5.1b thành phần khí tổng hợp thu từ q trình khí hóa 43 thiết bị Cool Water……………………………………… Hình 5.2a So sánh kết mơ hình với liệu thực nghiệm VIII 44 thiết bị khí hóa Texaco độ chuyển hóa carbon…………… Hình 5.2b Hình 5.3 Hình 5.4 Hình 5.5 Hình 5.6 Hình 5.7 Hình 5.8 So sánh kết mơ hình với liệu thực nghiệm thiết bị khí hóa Texaco thành phần khí tổng hợp………… So sánh kết mơ hình với liệu thực nghiệm từ thiết bị khí hóa Texaco………………………………………………… Ảnh hưởng tỷ lệ oxy/than đến độ chuyển hóa carbon…… Ảnh hưởng tỷ lệ oxy/than đến thành phần sản phẩm khí…………………………………………………………………… Ảnh hưởng tỷ lệ nước với than đến độ chuyển hóa carbon……………………………………………………………… 45 46 48 49 50 Ảnh hưởng tỷ lệ nước với than đến độ chuyển hóa carbon giá trị khác tỷ lệ oxy/than………… 51 Ảnh hưởng nước đến thành phần khí sản phẩm…… 52 Ảnh hưởng tỷ lệ nước với than đến tỷ lệ sản phẩm Hình 5.9 H CO……………………………………………………… IX 53 Đề tài: Nghiên cứu xây dựng mơ hình cân hai giai đoạn cho q trình khí hóa than thiết bị khí hóa than dòng theo 5.2 Đánh giá ảnh hưởng tỷ lệ oxy/than đến thơng số khí hóa Ảnh hưởng lượng oxy cấp đến nhiệt độ khí hóa như hiệu suất khí hóa phân tích đánh giá việc sử dụng mơ hình đề suất cho q trình khí hóa dịng theo áp suât MPa tỷ lệ H O than 0,3 Nguyên liệu sử dụng việc phân tích đánh giá ảnh hưởng yếu tố công nghệ than Illinois số Thành phần loại than liệt kê Bảng 5.3 [51] Bảng 5.3 Dữ liệu than đá sử dụng cho nghiên cứu [2] Thành phần theo khối lượng (%) Than Illinois số C 71.23 H 5.44 O 1.97 N 0.74 S 1.74 Tro 18.55 Nhiệt trị cao (MJ/kg) 31.19 Như biết, điều kiện đẳng áp, nhiệt độ q trình khí hóa than phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố tỷ lệ oxy/than tỷ lệ nước/than Ảnh hưởng tỷ lệ oxy/than đến nhiệt độ phản ứng độ chuyển hóa carbon thể Hình 5.4 Do q trình đốt cháy than tỏa nhiệt nên nhiệt độ khí hóa tăng lên tăng tỷ lệ oxy/than Do đó, việc tăng tỷ lệ oxy/than dẫn đến việc tăng độ chuyển hóa carbon Do ảnh hưởng nhiệt độ đến lượng nước tham gia cân mơ hình (phương trình (22)) lớn lượng nước tham gia cân mơ tả phương trình (21) nên tốc độ tăng độ chuyển hóa carbon thu từ mơ hình nghiên cứu lớn so với mơ hình Yoshida cộng [51] (xem Hình 5.4) HVTH: Nguyễn Tiến Hồng SHHV: CB110676 47 Trường: Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khóa: 2011-2012 Đề tài: Nghiên cứu xây dựng mơ hình cân hai giai đoạn cho q trình khí hóa than thiết bị khí hóa than dịng theo 0.9 1800 Coal feed: 1000 t/d Pressure: 7MPa H2O/coal: 0.30 0.8 1600 0.7 Carbon conversion (This model) Carbon conversion (Yoshida et al [51]) Temperature 0.6 0.5 0.5 0.55 0.6 0.7 0.65 O2 to coal ratio (kg/kg) 0.75 Temperature (K) Carbon conversion (-) 1700 1500 1400 0.8 Hình 5.4 Ảnh hưởng tỷ lệ oxy/than đến độ chuyển hóa carbon Thành phần khí hỗn hợp khí sản phẩm nhiệt độ khí hóa tỷ lệ oxy/than khác thể Hình 5.5 Khi tăng tỷ lệ oxy/than, thành phần khí CO tăng đáng kể H , H O CO giảm nhẹ Sự gia tăng thành phần CO tạo tăng lên độ chuyển hóa carbon từ phản ứng khí hóa (I II) Cịn lượng H CO giảm lượng nhỏ chuyển dịch chiều phản ứng phản ứng tỏa nhiệt (III) HVTH: Nguyễn Tiến Hoàng SHHV: CB110676 48 Trường: Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khóa: 2011-2012 Đề tài: Nghiên cứu xây dựng mơ hình cân hai giai đoạn cho q trình khí hóa than thiết bị khí hóa than dịng theo 1800 60 Temperature 1700 40 30 CO CO2 H2 20 CH4 H2O 1500 H2S 10 0.5 1600 Temperature (K) Product gas composition (vol.%) 50 Coal feed: 1000 t/d Pressure: 7MPa H2O/coal: 0.30 0.55 0.6 0.65 0.7 O2 to coal ratio (kg/kg) 0.75 1400 0.8 Hình 5.5 Ảnh hưởng tỷ lệ oxy/than đến thành phần sản phẩm khí 5.3 Đánh giá ảnh hưởng tỷ lệ nước với than đến thơng số khí hóa Để đánh giá phụ thuộc độ chuyển hóa Carbon, nhiệt độ khí hóa tốc độ dịng chảy vào tỷ lệ nước/than tính tốn thực với than Illinois số áp suất làm việc MPa tỷ lệ oxy/than nằm dải từ 0,5 đến 0,8 Ảnh hưởng tỷ lệ nước/than đến độ chuyển hóa carbon mơ tả đồ thị Hình 5.6 Kết tính tốn cho thấy tỷ lệ oxy/than 0,8 độ chuyển hóa carbon đạt giá trị lớn sử dụng tỷ lệ nước/than nằm dải từ 0,35 đến 0,5 (xem Hình 5.6) Các kết tính tốn mơ tả ảnh hưởng tỷ lệ nước/than đến độ chuyển hóa carbon giá trị khác tỷ lệ Oxy/than thể Hình 5.7 Mặc dù tăng tỷ lệ nước than thúc đẩy phản ứng khí hóa nước-carbon (phản ứng (II)), nhiệt độ khí hóa có chiều hướng giảm dần phản ứng phản ứng thu nhiệt mạnh làm cho nhiệt độ phản ứng giảm xuống (xem Hình 5.6) Cũng mà tồn giá trị tối ưu (giá trị lớn nhất) HVTH: Nguyễn Tiến Hoàng SHHV: CB110676 49 Trường: Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khóa: 2011-2012 Đề tài: Nghiên cứu xây dựng mơ hình cân hai giai đoạn cho q trình khí hóa than thiết bị khí hóa than dịng theo độ chuyển hóa carbon thay đổi lượng nước cấp Từ việc đánh giá hai yếu tố ảnh hưởng (tỷ lệ oxy/than tỷ lệ nước/than) thấy độ chuyển hóa Carbon chịu ảnh hưởng tỷ lệ Oxy/than (xem Hình 5.4 5.7), điều xác nhận từ nghiên cứu công bố khác [20, 40, 50] 1800 Carbon conversion (-) Carbon conversion (This model) Carbon conversion (Yoshida et al [51]) Temperature 1600 0.95 0.925 0.9 0.1 1500 Coal feed: 1000 t/d Pressure: 7MPa O2/coal: 0.80 0.2 0.3 Temperature (K) 1700 0.975 0.4 0.5 0.6 H2O to coal ratio (kg/kg) 0.7 0.8 1400 0.9 Hình 5.6 Ảnh hưởng tỷ lệ nước với than đến độ chuyển hóa carbon HVTH: Nguyễn Tiến Hồng SHHV: CB110676 50 Trường: Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khóa: 2011-2012 Đề tài: Nghiên cứu xây dựng mơ hình cân hai giai đoạn cho q trình khí hóa than thiết bị khí hóa than dịng theo O2/coal = 0.5 0.95 Carbon conversion (-) O2/coal = 0.6 0.9 O2/coal = 0.7 0.85 O2/coal = 0.8 0.8 0.75 0.7 Coal feed: 1000 t/d Pressure: 7MPa 0.65 0.6 0.55 0.5 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 H2O to coal ratio (kg/kg) 0.7 0.8 0.9 Hình 5.7 Ảnh hưởng tỷ lệ nước với than đến độ chuyển hóa carbon giá trị khác tỷ lệ oxy/than Tuy nhiên, mơ tả Hình 5.6, sử dụng mơ hình ứng với phương trình (21) đề suất Yoshida cộng [51], độ chuyển hóa carbon tăng nhanh đến giá trị tuyệt đối (100%) giữ không đổi giá trị tăng tỷ lệ nước than Đó lượng nước tham gia vào cân mơ tả phương trình (21) gần khơng bị ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng, phần nước thúc đẩy phản ứng (II) theo chiều hướng tạo thành CO H tăng tỷ lệ nước/than HVTH: Nguyễn Tiến Hoàng SHHV: CB110676 51 Trường: Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khóa: 2011-2012 Đề tài: Nghiên cứu xây dựng mơ hình cân hai giai đoạn cho q trình khí hóa than thiết bị khí hóa than dịng theo 1800 60 Temperature 1700 40 30 20 1600 Coal feed: 1000 t/d Pressure: 7MPa O2/coal: 0.80 CO CO2 H2 CH4 1500 H2O 10 0.1 Temperature (K) Product gas composition (vol.%) 50 H2S 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 H2O to coal ratio (kg/kg) 0.7 0.8 1400 0.9 Hình 5.8 Ảnh hưởng nước đến thành phần khí sản phẩm Ảnh hưởng tỷ lệ nước/than đến thành phần khí sản phẩm mơ tả Hình 5.8 Nhận thấy rằng, tăng tỷ lệ nước/than làm tăng đáng kể hàm lượng H O CO , hàm lượng CO lại giảm xuống Còn nồng độ H , CH , H S gần không đổi thay đổi tỷ lệ nước/than Và dễ thấy rằng, gia tăng tỷ lệ nước/than dẫn đến việc làm tăng tỷ lệ H so với CO Ở Hình 5.9 cho thấy phụ thuộc lưu lượng mol CO H (hai khí chuyển hóa thành nhiệt năng) vào tỷ lệ nước/than Ở nhận thấy lượng sản phẩm H tăng tỷ lệ nước/than, lượng sản phẩm CO giảm giảm xuống Tuy nhiên thấy thêm tổng lượng sản phẩm khí tổng hợp (CO + H ) đạt giá trị lớn tỷ lệ nước/than giả trị lân cận 0,3 ứng với điều kiện nhiệt độ áp suất nêu Chiều hướng ảnh hưởng tỷ lệ nước/than đề cập số nghiên cứu [19, 27] hoàn toàn tương tự phân tích đánh giá nghiên cứu Trên HVTH: Nguyễn Tiến Hoàng SHHV: CB110676 52 Trường: Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khóa: 2011-2012 Đề tài: Nghiên cứu xây dựng mơ hình cân hai giai đoạn cho q trình khí hóa than thiết bị khí hóa than dịng theo sở xem xét độ chuyển hóa carbon lượng sản phẩm khí tổng hợp thu được, việc sử dụng dư lượng nước q trình khí hóa làm giảm hiệu suất chung trình việc xác định lượng nước cấp hiệu nên xác định sơ trước x 10 Flowrate (mole/hr) 3.5 Coal feed: 1000 t/d Pressure: 7MPa O2/coal: 0.80 2.5 CO H2 1.5 CO + H2 0.1 0.2 0.3 0.6 0.5 0.4 H2O to coal ratio (kg/kg) 0.7 0.8 0.9 Hình 5.9 Ảnh hưởng tỷ lệ nước với than đến tỷ lệ sản phẩm H CO HVTH: Nguyễn Tiến Hoàng SHHV: CB110676 53 Trường: Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khóa: 2011-2012 Đề tài: Nghiên cứu xây dựng mơ hình cân hai giai đoạn cho q trình khí hóa than thiết bị khí hóa than dịng theo CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Bằng cách tách phản ứng khí hóa thành hai giai đoạn cân bằng, mơ hình cân hai giai đoạn cho phép tính tốn nhanh tương đối xác hiệu q trình khí hóa dịng theo bao gồm độ chuyển hóa carbon suất thành phần khí tổng hợp Lượng nước tham gia vào trình cân phản ứng dị thể, yếu tố quan trọng mơ hình này, mơ tả theo hàm số nhiệt động Ahrrenius Điều cho phép mơ hình cân hai giai đoạn sử dụng để tính tốn q trình khí hóa dịng theo dải rộng thông số công nghệ Mơ hình cân hai giai đoạn kiểm định dựa ba số liệu thực nghiệm thu thập từ trình chạy thử nghiệm thiết bị khí hóa dịng theo quy mô lớn nhỏ khác Các kết mơ hình liệu thực nghiệm thể độ tương hợp cao Việc sử dụng mơ hình việc đánh giá tác động nhiệt độ, tỷ lệ oxy/than tỷ lệ nước/than tới độ chuyển hóa carbon thành phần khí tổng hợp thực Qua đánh giá cho thấy, q trình khí hóa than dịng theo, gia tăng tỷ lệ oxy/than làm tăng đáng kể độ chuyển hóa carbon nhiệt độ phản ứng Ở tỷ lệ Oxy/than định, xác định trị tỷ lệ nước/than hợp lý mà độ chuyển hóa carbon lượng sản phẩm khí tổng hợp thu lớn Đối với việc phân tích đánh giá cho nguyên liệu than Illinois số độ chuyển hóa carbon lên đến 99,6% ứng với tỷ lệ oxy/than 0,8 Bên cạnh đó, tăng tỷ lệ nước/than nồng độ H O CO tăng nồng độ CO giảm cịn hàm lượng H có chiều hướng tăng lên Đồng thời cho thấy sản lượng khí tổng hợp (CO H ) đạt giá trị lớn tỷ lệ nước/than lân cận 0,3 thiết bị khí hóa theo làm việc áp MPa tỷ lệ oxy/than 0,8 sử sử dụng nguyên liệu than Illiois số nói HVTH: Nguyễn Tiến Hồng SHHV: CB110676 54 Trường: Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khóa: 2011-2012 Đề tài: Nghiên cứu xây dựng mơ hình cân hai giai đoạn cho q trình khí hóa than thiết bị khí hóa than dịng theo 6.2 Kiến nghị Trong luận văn, báo cáo tình hình nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ thiết bị khí hóa than giới Việt Nam đề cập Các phương pháp khí hóa khác cho vật liệu than sinh khối liệt kê so sánh Nhằm nghiên cứu chế phản ứng khí hóa thiết bị khí hóa, nghiên cứu tổng quan phương pháp mô cơng nghệ hóa học khảo sát Bám sát vào mục tiêu mơ mỏng q trình thiết bị khí hóa kiểu tầng sơi tổ hợp (Dual fluidized-bed) cơng nghiệp, nghiên cứu sử dụng mơ hình cân hai giai đoạn Đây dạng mơ hình cân nhiệt động học, trình hệ khí hóa tiến đến trạng thái cân bằng, lượng Gibbs hệ đạt giá trị nhỏ Tuy nhiên, để điều chỉnh sai số trình lý tưởng so với thực tế, mơ hình có hiệu chỉnh thông số nhiệt động học tốc độ khuyếch tán nước hệ phản ứng Sử dụng mơ hình cân hai giai đoạn, kết đốn tỷ lệ khí sản phẩm sinh tương thích với số liệu thực nghiệm công bố tài liệu tham khảo Cùng với phân tích yếu tố đầu vào tỷ lệ oxy/than, hay tỷ lệ nước/than mơ hình, nghiên cứu đưa kết luận ảnh hưởng yếu tố tới thơng số động học sản phẩm trình khí hóa Tuy nhiên, nghiên cứu này, dạng mơ hình cân nhiệt động học bắt buộc phải thừa nhận nhiều điều kiện lý tưởng phân bố nhiệt độ bên thiết bị hay chế khuấy trộn trao đổi chất, trao đổi nhiệt dịng vật chất bên thiết bị Chính vậy, nghiên cứu kỹ lưỡng chế dòng bên thiết bị cần phải tiến hành tương lai Đối với mơ hình tại, kết đốn tương thích với số loại ngun liệu than đầu vào định Cũng mơ hình sử dụng nhiều hệ số hiệu chỉnh thơng số động học thành phần nước tham gia cân bằng, nên kết đốn có phạm vi áp dụng tương đối hẹp cho thiết bị cụ thể Điều gợi ý đề xuất việc tách riêng giai đoạn phản ứng khí-rắn làm hai giai đoạn nhỏ hơn, bao gồm giai đoạn phân hủy nhiệt (pyrolysis) giai đoạn phản ứng khí hóa Một số HVTH: Nguyễn Tiến Hoàng SHHV: CB110676 55 Trường: Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khóa: 2011-2012 Đề tài: Nghiên cứu xây dựng mơ hình cân hai giai đoạn cho q trình khí hóa than thiết bị khí hóa than dịng theo nghiên cứu cho việc phân tách mang lại độ xác cao Tuy nhiên, việc nghiên cứu chế phản ứng dị thể giai đoạn chưa đầy đủ, đa số nghiên cứu chưa kể đến ảnh hưởng chi tiết dịng hai pha rắn-khí tới thơng số động học q trình Do đó, nghiên cứu cần thiết để hoàn thiện mơ hình tính tốn cho q trình khí hóa HVTH: Nguyễn Tiến Hoàng SHHV: CB110676 56 Trường: Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khóa: 2011-2012 Đề tài: Nghiên cứu xây dựng mơ hình cân hai giai đoạn cho q trình khí hóa than thiết bị khí hóa than dịng theo TÀI LIỆU THAM KHẢO Gasification 2010 Worldwide Database, U.S Department of Energy A CFD heat transfer analysis of the transpired solar collector under no-wind conditions Fuel and Energy Abstracts, 2001 42(1): p 38-38 Xuat-ban-pham số 2003; Available from: http://www.vinachem.com.vn Vol.2004;Availablefrom: http://tapchicongnghiep.vn/News/Intrang.aspx?Md=News&iSup=87&iDta=114 Vol.2009;Availablefrom: http://vinamin.vn/modules.php?name=Content&op=details&mid=1279 Vol.2010.;Availablefrom: http://www.kh-sdh.udn.vn/zipfiles/03.tbDNL/03.11.r.hung-duc.pdf Basu, P., Combustion and Gasification in Fluidized Beds 2006: CRC Press Basu, P., Biomass gasification and pyrolysis : practical design and theory 2010, Burlington, MA: Academic Press ix, 365 p Beenackers, A.A.C.M., Biomass gasification in moving beds, a review of European technologies Renewable Energy, 1999 16(1–4): p 1180-1186 10 Bockelie MJ, D.M., Chen Z, Senior CL, Sarofim AF, Sarofim AF Using models to select operating conditions for gasifiers DOE technical report for IGCC vision 21 process workbench 2003 11 bp, BP Statistical Review of World Energy 2006 12 Bridgwater, A.V., The technical and economic feasibility of biomass gasification for power generation Fuel, 1995 74(5): p 631-653 13 Brown, D., T Fuchino, and F Maréchal, Solid fuel decomposition modelling for the design of biomass gasification systems, in Computer Aided Chemical Engineering, W Marquardt and C Pantelides, Editors 2006, Elsevier p 16611666 14 Channiwala, S.A and P.P Parikh, A unified correlation for estimating HHV of solid, liquid and gaseous fuels Fuel, 2002 81(8): p 1051-1063 HVTH: Nguyễn Tiến Hoàng SHHV: CB110676 57 Trường: Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khóa: 2011-2012 Đề tài: Nghiên cứu xây dựng mơ hình cân hai giai đoạn cho q trình khí hóa than thiết bị khí hóa than dịng theo 15 Chen, Q., Z Zhai, and L Wang, Computer modeling of multiscale fluid flow and heat and mass transfer in engineered spaces Chemical Engineering Science, 2007 62(13): p 3580-3588 16 Choi, Y.C., et al., Numerical study on the coal gasification characteristics in an entrained flow coal gasifier Fuel, 2001 80(15): p 2193-2201 17 Corella, J and A Sanz, Modeling circulating fluidized bed biomass gasifiers A pseudo-rigorous model for stationary state Fuel Processing Technology, 2005 86(9): p 1021-1053 18 Fiaschi, D and M Michelini, A two-phase one-dimensional biomass gasification kinetics model Biomass and Bioenergy, 2001 21(2): p 121-132 19 García, L., et al., Catalytic Steam Gasification of Pine Sawdust Effect of Catalyst Weight/Biomass Flow Rate and Steam/Biomass Ratios on Gas Production and Composition Energy & Fuels, 1999 13(4): p 851-859 20 Govind, R and J Shah, Modeling and simulation of an entrained flow coal gasifier AIChE Journal, 1984 30(1): p 79-92 21 Grossmann, I.E and A.W Westerberg, Research challenges in process systems engineering AICHE Journal, 2000 46(9): p 1700-1703 22 Guo, B., et al., Simulation of biomass gasification with a hybrid neural network model Bioresource Technology, 2001 76(2): p 77-83 23 Hangos, K.M and I.T Cameron, Process modeling and model analysis Process Systems Engineering 2001, London: Springer 24 Hangos, K.M and I.T Cameron, A formal representation of assumptions in process modelling Computers & Chemical Engineering, 2001 25(2–3): p 237-255 25 http://tapchicongnghiep.vn/News/Intrang.aspx?Md=News&iSup=87&iDta=1104, 2004 26 Jarungthammachote, S and A Dutta, Equilibrium modeling of gasification: Gibbs free energy minimization approach and its application to spouted bed and spout-fluid bed gasifiers Energy Conversion and Management, 2008 49(6): p 1345-1356 HVTH: Nguyễn Tiến Hoàng SHHV: CB110676 58 Trường: Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khóa: 2011-2012 Đề tài: Nghiên cứu xây dựng mơ hình cân hai giai đoạn cho q trình khí hóa than thiết bị khí hóa than dịng theo 27 Lee, J.G., et al., Characteristics of entrained flow coal gasification in a drop tube reactor Fuel, 1996 75(9): p 1035-1042 28 Lee, J.M., et al., Coal-gasification kinetics derived from pyrolysis in a fluidizedbed reactor Energy, 1998 23(6): p 475-488 29 Li, X., et al., Equilibrium modeling of gasification: a free energy minimization approach and its application to a circulating fluidized bed coal gasifier Fuel, 2001 80(2): p 195-207 30 Lim, Y., Y.-S Moon, and T.-W Kim, Artificial neural network approach for prediction of ammonia emission from field-applied manure and relative significance assessment of ammonia emission factors European Journal of Agronomy, 2007 26(4): p 425-434 31 Liu JS, R.H., Lucas JA, Harris DJ, Wall TF, Modelling of a pressurized entrained flow coal gasifier: the effect of reaction kinetics and char structure Fuel 2000 79: p 1767–1779 32 Liu, X.J., W.R Zhang, and T.J Park, Modelling coal gasification in an entrained flow gasifier Combustion Theory and Modelling, 2001 5(4): p 595608 33 Melgar, A., et al., Thermochemical equilibrium modelling of a gasifying process Energy Conversion and Management, 2007 48(1): p 59-67 34 N.H.Le, Thiết kế thiết bị khí hóa than cơng suất nhiệt 10MW 2010 Vol MH K52 35 Németh, E., I.T Cameron, and K.M Hangos, Diagnostic goal driven modelling and simulation of multiscale process systems Computers & Chemical Engineering, 2005 29(4): p 783-796 36 Ngo, S.I., et al., Performance evaluation for dual circulating fluidized-bed steam gasifier of biomass using quasi-equilibrium three-stage gasification model Applied Energy, 2011 88(12): p 5208-5220 37 Nguyen, T.D.B., et al., Three-stage steady-state model for biomass gasification in a dual circulating fluidized-bed Energy Conversion and Management, 2012 54(1): p 100-112 HVTH: Nguyễn Tiến Hoàng SHHV: CB110676 59 Trường: Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khóa: 2011-2012 Đề tài: Nghiên cứu xây dựng mơ hình cân hai giai đoạn cho q trình khí hóa than thiết bị khí hóa than dịng theo 38 Ni, Q and A Williams, A simulation study on the performance of an entrainedflow coal gasifier Fuel, 1995 74(1): p 102-110 39 Perry RH, G.D., Maloney JO., Perry’s chemical engineers’ handbook Mc Graw-Hill, 1999(7th ed New York) 40 Pinto, F., et al., Co-gasification study of biomass mixed with plastic wastes Fuel, 2002 81(3): p 291-297 41 Prasad, B.V.R.K and J.L Kuester, Process analysis of a dual fluidized bed biomass gasification system Industrial & Engineering Chemistry Research, 1988 27(2): p 304-310 42 Proll, T and H Hofbauer, H rich syngas by selective CO removal from biomass gasification in a dual fluidized bed system — Process modelling approach Fuel Processing Technology, 2008 89(11): p 1207-1217 43 Schuster, G., et al., Biomass steam gasification - an extensive parametric modeling study Bioresource Technology, 2001 77(1): p 71-79 44 Seo, M.W., et al., Solid circulation and loop-seal characteristics of a dual circulating fluidized bed: Experiments and CFD simulation Chemical Engineering Journal, 2011 168(2): p 803-811 45 Sharma, A.K., Equilibrium modeling of global reduction reactions for a downdraft (biomass) gasifier Energy Conversion and Management, 2008 49(4): p 832-842 46 Smith, J.M., Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics 7th ed Chemical Engineering Series 2005: McGraw-Hill 815 47 Smith, J.M., H.C Van Ness, and M.M Abbott, Introduction to chemical engineering thermodynamics 7th ed 2005, New York: Mc Graw-Hill 48 Smith, W.R and R.W Missen, Chemical reaction equilibrium analysis: theory and algorithms 1982: Wiley 49 Watkinson AP, L.J., Lim CJ., A prediction of performance of commercial coal gasifiers Fuel, 1991 70: p 519–27 HVTH: Nguyễn Tiến Hoàng SHHV: CB110676 60 Trường: Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khóa: 2011-2012 Đề tài: Nghiên cứu xây dựng mơ hình cân hai giai đoạn cho q trình khí hóa than thiết bị khí hóa than dịng theo 50 Wen, C.Y and T.Z Chaung, Entrainment Coal Gasification Modeling Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development, 1979 18(4): p 684-695 51 Yoshida, H., et al., Two-stage equilibrium model for a coal gasifier to predict the accurate carbon conversion in hydrogen production Fuel, 2008 87(10-11): p 2186-2193 52 Zainal, Z.A., et al., Prediction of performance of a downdraft gasifier using equilibrium modeling for different biomass materials Energy Conversion and Management, 2001 42(12): p 1499-1515 HVTH: Nguyễn Tiến Hoàng SHHV: CB110676 61 Trường: Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khóa: 2011-2012 ... Bách Khoa Hà Nội Khóa: 2011-2012 Đề tài: Nghiên cứu xây dựng mơ hình cân hai giai đoạn cho q trình khí hóa than thiết bị khí hóa than dịng theo Hình 2.1 Các giai đoạn thiết bị khí hóa tầng dịch chuyển... cứu xây dựng mơ hình cân hai giai đoạn cho q trình khí hóa than thiết bị khí hóa than dịng theo Hình 2.5 Thiết bị khí hóa tầng sơi ghép đơi [8] Hình 2.6 Minh họa q trình khí hóa thiết bị DFB [44]... Khoa Hà Nội Khóa: 2011-2012 Đề tài: Nghiên cứu xây dựng mơ hình cân hai giai đoạn cho q trình khí hóa than thiết bị khí hóa than dịng theo khí hóa tổ hợp sử dụng q trình khí hóa than vật liệu