Nghiên cứu và mô phỏng quá trình khí hóa than trọng lò lớp chuyển động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN CÔNG BẰNG NGHIÊN CỨU VÀ MƠ PHỎNG Q TRÌNH KHÍ HĨA THAN TRONG LÒ LỚP CHUYỂN ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS VŨ ĐÌNH TIẾN Hà Nội - 2011 Mục lục MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN………………………………………………………… LỜI CẢM ƠN…………………………………………………………… DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT………………………… DANH MỤC CÁC BẢNG… …………………………………………… DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ………………………………… 10 MỞ ĐẦU………………………………………………………………… 12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ KHÍ HĨA THAN…… 14 1.1 Giới thiệu………………… …… …………………………… 14 1.1.1 Khái niệm khí hóa than… ……………………………… 14 1.1.2 Ứng dụng khí hóa than cơng nghiệp …………… 14 1.1.3 Xu hướng phát triển cơng nghệ khí hóa than…………… 15 1.2 Các cơng nghệ khí hóa than……………………………………… 17 1.2.1 Khí hóa than lớp chuyển động……………………………… 17 1.2.1.1 Lị khí hóa than chuyển động xi chiều…………… 18 1.2.1.2 Lị khí hóa than lớp chuyển động ngược chiều……… 18 1.2.1.3 Cơng nghệ Sasol-Lugi chế tạo khí than sử dụng lị khí hóa than lớp chuyển động……………………………… 1.2.2 Khí hóa than lớp tầng sôi…………………………………… 22 23 1.2.2.1 Công nghệ HTW (the high-Temperature Winkler process)……………………………………………………… 26 1.2.2.2 Công nghệ HRL…………………………………… 26 1.2.2.3 Công nghệ CFB (Circulating fluidized-bed)………… 27 -1- Mục lục 1.2.2.4 Công nghệ KBR (The KBR transport gasifier)……… 29 1.2.3 Khí hóa than phun (Entrained-flow processes)…………… 30 1.2.3.1 Cơng nghệ SCGP (Shell Coal Gasification Process) 32 1.2.3.2 Công nghệ GE (The GE Energy process)…………… 33 1.2.3.3 Công nghệ E-Gas (The E-Gas process)……………… 34 1.3 Trữ lượng tích chất than Việt Nam……………………… 35 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN MƠ TẢ CƠ CHẾ KHÍ HĨA THAN LỚP CHUYỂN ĐỘNG NGƯỢC CHIỀU………………… 38 2.1 Giới thiệu……………………………………………… 38 2.2 Mơ tả vùng sấy lị khí hóa than…………………………… 39 2.2.1 Mơ tả cân chất, cân nhiệt cho hạt than 39 2.2.2 Cân chất cho vùng sấy lị khí hóa 41 2.2.3 Cân nhiệt cho vùng sấy 42 2.3 Mô tả vùng nhiệt phân………………………………………… 45 2.3.1 Cân chất cho vùng nhiệt phân…………………… 47 2.3.2 Cân nhiệt cho vùng nhiệt phân…………………… 48 2.4 Mô tả vùng khử……………………………………………… 51 2.4.1 Phương trình cân chất cho cấu tử carbon………… 53 2.4.2 Phương trình cân chất cho cấu tử nước……… 55 2.4.3 Phương trình cân chất cho cấu tử CO2, CO, H2……… 56 2.4.4 Phương trình cân nhiệt cho pha rắn……………… 56 2.4.5 Phương trình cân nhiệt cho pha khí……………… 57 2.5 Mơ tả vùng cháy……………………………………………… 60 2.5.1 Phương trình cân chất cấu tử carbon……………… -2- 60 Mục lục 2.5.2 Phương trình cân nhiệt cho pha rắn……………… 61 2.5.3 Phương trình cân nhiệt cho pha khí……………… 62 2.6 Mơ tả vùng xỉ………………………………………………… 63 2.7 Tính tốn hệ số truyền nhiệt…………………………… 65 2.7.1 Q trình trao đổi nhiệt đối lưu ……………………… 66 2.7.2 Quá trình trao đổi nhiệt xạ………………………… 66 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG LỊ KHÍ HĨA THAN LỚP CHUYỂN ĐỘNG LÀM VIỆC NGƯỢC CHIỀU…………………………………… 68 3.1 Giới thiệu … ………………………………………………… 68 3.2 Cân nhiệt lượng cho lị khí hóa………………………… 68 3.3 Mơ lị khí hóa than chuyển động ngược chiều………… 71 3.3.1 Tính tốn độ chuyển hóa carbon………………………… 71 3.3.2 Tính tốn hệ số cấp nhiệt K …………………………… 71 3.3.3 Mơ lị khí hóa…………………………………… 72 3.3.3.1 Sơ đồ mơ lị khí hóa………………………… 77 3.3.3.2 Kết mơ lị khí hóa……………………… 79 KẾT LUẬN 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 PHỤ LỤC 90 -3- LỜI CẢM ƠN XW Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới TS Vũ Đình Tiến, Bộ mơn Máy Thiết bị Cơng nghiệp Hóa chất hướng dẫn chuyên môn, phương pháp nghiên cứu tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình học tập thực đề tài Xin gửi lời trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Viện Đào tạo Sau đại học thầy, 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 Hóa kỹ thuật 2008 - 2010 giúp đỡ động viên thời gian học tập trình làm luận văn Hà Nội, ngày 04 tháng 04 năm 2011 -5- LỜI CAM ĐOAN Bản luận văn thạc sỹ Ngành Kỹ thuật Hóa học với đề tài: “Nghiên cứu mơ q trình khí hóa than lị lớp chuyển động” hoàn thành hướng dẫn TS Vũ Đình Tiến – 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 04 tháng 04 năm 2011 Người viết Nguyễn Công Bằng -4- DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Latin A [m m −3 ] Diện tích bề mặt riêng lớp hạt than a [m2 s −1 ] Hệ số dẫn nhiệt độ than am [m2 s −1 ] Hệ số khuếch tán ẩm hạt than ash [%] Hàm lượng tro than CCO [kmol.m −3 ] Nồng độ cấu tử CO CCO2 [kmol.m −3 ] Nồng độ cấu tử CO2 CH 2O [kmol.m −3 ] Nồng độ cấu tử H2O CH [kmol.m −3 ] Nồng độ cấu tử H2 CO2 [kmol.m −3 ] Nồng độ cấu tử O2 c ps [kJ kg −1.K ] Nhiệt dung riêng pha rắn c pg [kJ kg −1.K ] Nhiệt dung riêng pha khí Ds [m2 s −1 ] Hệ số khuếch tán pha rắn Dg [m2 s −1 ] Hệ số khuếch tán pha khí ds [m] Đường kính hạt than f [%] Hàm lượng chất bốc Ts [ 0C ] Nhiệt độ pha rắn Tg [ 0C ] Nhiệt độ pha khí r1 ⎡⎣ kg m −3 h −1 ⎤⎦ Tốc độ thoát ẩm -6- r2 ⎡⎣ kg m −3 h −1 ⎤⎦ Tốc độ thoát chất bốc r4 ⎡⎣ kg m −2 h −1 ⎤⎦ Tốc độ oxy hóa hồn tồn carbon ∆H [kJ kg −1 ] Nhiệt hóa nước ∆H [kJ kg −1 ] Hiệu ứng nhiệt trình nhiệt phân ∆H 31 [kJ kg −1 ] Hiệu ứng nhiệt phản ứng C + H 2O ↔ CO + H ∆H 32 [kJ kg −1 ] Hiệu ứng nhiệt phản ứng C + CO2 ↔ 2CO ∆H [kJ kg −1 ] Hiệu ứng nhiệt phản ứng C + O2 ↔ CO2 K1 [w.m -2 K −1 ] Hệ số truyền nhiệt vùng sấy K2 [w.m -2 K −1 ] Hệ số truyền nhiệt vùng nhiệt phân K3 [w.m -2 K −1 ] Hệ số truyền nhiệt vùng khử K4 [w.m -2 K −1 ] Hệ số truyền nhiệt vùng cháy K5 [w.m -2 K −1 ] Hệ số truyền nhiệt vùng xỉ M ĐVC Khối lượng mol UC [%] Độ chuyển hóa carbon tổng cộng U C3 [%] Độ chuyển hóa carbon vùng khử U C4 [%] Độ chuyển hóa carbon vùng cháy kCO2 [h−1 ] Hằng số tốc độ phản ứng khử than-CO2 k H 2O [h−1 ] Hằng số tốc độ phản ứng khử than-hơi nước w [%] Độ ẩm than -7- Ký hiệu Hi Lạp α bx [w.m -2 K −1 ] Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α dl [w.m -2 K −1 ] Hệ số trao đổi nhiệt xạ β ⎡⎣ m.s −1 ⎤⎦ Hệ số cấp khối ωs [m.s -1 ] Vận tốc chuyển động pha rắn ωg [m.s -1 ] Vận tốc chuyển động pha khí ρs [kg.m -3 ] Mật độ pha rắn ρg [kg.m -3 ] Mật độ pha khí ρC [kg.m -3 ] Mật độ cấu tử carbon λs [w.m-1 K −1 ] Hệ số dẫn nhiệt pha rắn λg [w.m-1 K −1 ] Hệ số dẫn nhiệt pha khí ψ Độ xốp lớp hạt ϕ Hệ số hình dạng ε gas Hệ số xạ pha khí ε soil Hệ số xạ pha rắn ν ⎡⎣ m s −1 ⎤⎦ Độ nhớt động học pha khí -8- Danh mục bảng DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật số loại than Anthracite Quảng Ninh…… 36 Bảng 2.1: Hiệu ứng nhiệt số vận tốc phản ứng k …………………… 50 Bảng 3.1: Kết tốn cân nhiệt lị khí hóa than ………………… 73 Bảng 3.2: Các thơng số hóa lý sử dụng mơ hình mơ lị khí hóa … 74 Bảng 3.3: Các thông số động học q trình xảy lị khí hóa… 75 -9- Chương3- Mơ lị khí hóa than lớp chuyển làm việc ngược chiều Sơ đồ mơ lị khí hóa than lớp chuyển động INPUT Năng suất m ; kích thước hạt dS; độ chuyển hóa than tổng cộng U C ; nhiệt độ khối lượng riêng đổ đống than vào lò Ts0 , ρ s0 ; nhiệt độ khối lượng riêng khí than khỏi lò Tge , ρ ge ; động học phản ứng, nhiệt dung riêng c ps , c pg s Vùng sấy input: T , T , ρ , ρ , tốc độ thoát ẩm r1 s e g s e g output: profin nhiệt độ; Ts1 , Tg1 , L1 , ρ s1 , ρ 1g Vùng nhiệt phân input: T , T , L1 , ρ , ρ , vận tốc nhiệt phân r2 s g s g output: profin nhiệt độ, Ts2 , Tg2 , L2 , ρ s2 , ρ g2 Vùng khử input: T , T , ρ , ρ , CH 2O , CCO2 , CH , CCO s g s g output: profin nhiệt độ, profin nồng độ, profin độ chuyển hóa carbon 3 chiều dài vùng nhiệt phân L3 , Ts3 , Tg3 , ρ s3 , ρ g3 , CH3 2O , CCO , CH3 , CCO , U C3 input: T , T , ρ , ρ , C s g s g H 2O Vùng cháy , C , CH3 , CCO , CO32 , U C3 , CO2 output: profin nhiệt độ, profin nồng độ, profin độ chuyên hóa carbon, chiều dài vùng cháy L4 , Ts4 , Tg4 , ρ s4 , ρ g4 Vùng xỉ input: T , T , ρ , ρ , T s g s g g output: profin nhiệt độ, chiều dài vùng xỉ L5 , nhiệt độ xỉ Ts5 -78- Chương3- Mơ lị khí hóa than lớp chuyển làm việc ngược chiều 3.3.3.2 Kết mơ lị khí hóa than lớp chuyển động Sử dụng phần mềm Matlap mô profin nhiệt độ pha rắn pha khí, độ chuyển hóa carbon năm vùng lị khí hóa than lớp chuyển động thể hình 3.1 đến hình 3.4 Hình 3.3: Profin nhiệt độ vung sấy lị khí hóa than lớp chuyển động Trong hình 3.1 biểu diễn profin nhiệt độ pha rắn pha khí vùng sấy từ đồ thị rút số nhận xét sau: • Trục tung đồ thị biểu diễn giá trị nhiệt độ, trục hoành biểu diễn chiều dài vùng sấy • Đường màu đỏ thể profin nhiệt độ pha khí, cịn đường màu xanh thể profin pha rắn • Nhiệt độ pha khí vùng sấy gần khơng thay đổi giảm từ 8050 C xuống 7500 C , nhiệt độ pha rắn (than) tăng từ nhiệt độ mơi -79- Chương3- Mơ lị khí hóa than lớp chuyển làm việc ngược chiều trường 250 C lên đến 128, C Sở dĩ nhiệt độ pha khí giảm chậm pha khí lò chuyển động với vận tốc lớn dẫn đến thời gian lưu pha khí vùng sấy nhỏ, cịn pha rắn dịch chuyển chậm dẫn đến thời gian lưu vùng sấy lớn nên nhiệt độ pha rắn tăng đáng kê so độ giảm nhiệt độ pha khí • Nhiệt độ pha rắn tăng lên đến khoảng 1200 C nhiệt độ đảm bảo ẩm vật liệu (than) giải phóng hết pha khí Chiều dài vùng sấy lị 2(m) Hình 3.4: Profin nhiệt độ vung nhiệt phân lị khí hóa than lớp chuyển động Hình 3.2 thể profin nhiệt độ pha rắn pha khí vùng nhiệt phân lị khí hóa Từ đồ thị mô ta profin nhiệt độ vùng khử có rút số nhận xét sau: -80- Chương3- Mơ lị khí hóa than lớp chuyển làm việc ngược chiều • Trong khoảng chiều dài lị 2,5(m) nhiệt độ pha rắn (than) tăng nhanh từ 128, C lên đến 796, 40 C hiệu ứng nhiệt phản ứng nhiệt phân nhỏ nhiều so với nhiệt hóa ẩm than cho lên nhiệt lượng trao đổi với pha khí chủ yếu làm tăng nhiệt độ pha rắn • Nhiệt độ pha khí giảm chậm từ 870,80 C xuống 805,50 C • Chiều dài cần thiết vùng nhiệt phân 2,5m (b) (a) Hình 3.5: Profin nhiệt độ (a) profin độ chuyển hóa carbon (b) vùng khử lị khí hóa than lớp chuyển động Hình 3.3 thể profin nhiệt độ (hình 3.3a) profin độ chuyển hóa (hình 3.3b), từ đồ thị có số nhận xét sau: • Nhiệt độ pha rắn pha khí biến thiên mạnh hệ số trao đổi nhiệt pha rắn pha khí lớn (trao đổi nhiệt xạ trao đổi nhiệt đối lưu) • Độ chênh nhiệt độ pha rắn pha khí khơng nhiều, cuối vùng khử nhiệt độ pha rắn pha khí gần -81- Chương3- Mơ lị khí hóa than lớp chuyển làm việc ngược chiều • Độ chuyển hóa carbon tăng theo chiều dài vùng khử gần theo hàm tuyến tính • Chiều dài vùng khử cần thiết để đạt độ chuyển hóa U C3 = 0, 46 3m (a) (b) Hình 3.6: Profin nhiệt độ (a) profin độ chuyển hóa carbon (b) vùng cháy lị khí hóa than lớp chuyển động Hình 3.4a hình 3.4b biểu diễn profin nhiệt độ pha rắn, pha khí độ chuyển hóa carbon dọc theo chiều dài vùng cháy lị khí hóa Từ đồ thị rút vài nhận xét sau: • Trong vùng cháy xảy phản ứng oxy hóa than hồn tồn, phản ứng tỏa nhiệt mãnh liệt nên nhiệt độ pha rắn lớn nhiều so với nhiệt độ pha khí Nhiệt độ pha rắn tăng từ 10920 C đến nhiệt độ cực đại đạt 13000 C vị trí cách đỉnh lị 7,15 m, sau giảm xuống 1137 C vị trí cuối vùng cháy cách đỉnh lị khoảng m -82- Chương3- Mơ lị khí hóa than lớp chuyển làm việc ngược chiều • Nhiệt độ cực đại vùng khử đạt khoảng 13000 C , nhiệt độ nhỏ nhiệt độ chảy lỏng xỉ than (khoảng 14000 C ) đảm bảo xỉ than không bị chảy mềm, tránh tượng kết dính, đóng tảng gây tắc lị • Nhiệt độ pha khí tăng từ 915,30 C lên đến 10920 C • Độ chuyển hóa than U C tăng tuyến tính dọc theo chiều dài vùng cháy từ 0,46 độ chuyển hóa tổng cộng lị 0,9 • Chiều dài vùng cháy cần thiết (m) Hình 3.7: Profin nhiệt độ vùng khử lị khí hóa than lớp chuyển động Hình 3.4 biểu diễn profin nhiệt độ pha rắn pha khí tỏng vùng xỉ lị khí hóa Từ profin nhiệt độ rút số nhận xét sau đây: • Nhiệt độ pha rắn giảm mạnh từ 1137 C xuống đến 870,90 C khoảng chiều dài 0,5 (m) -83- Chương3- Mơ lị khí hóa than lớp chuyển làm việc ngược chiều • Hỗn hợp tác nhân khí hóa trước đưa vào lị phải gia nhiệt đến 848,30 C sau qua vùng xỉ, nhiệt độ pha khí tăng lên đến 917 C • Đường cong thể nhiệt độ pha rắn có xu hướng tiện cận với đường cong nhiệt độ pha khí phải chọn chiều dài vùng xỉ cho độ chênh nhiệt độ hai pha phải đủ lớn để đảm bảo hiệu trình truyền nhiệt Nếu chọn độ chênh nhiệt độ thấp dẫn đến chiều dài lò tăng nhanh nhiệt lượng thu hồi từ xỉ nóng lại tăng khơng nhiều khơng mang lại hiệu kinh tế Ở khống chế độ chênh nhiệt độ hai pha khoảng 300 C , chiều dài vùng xỉ 0,5(m) Hình 3.8: Profin trường nhiệt độ pha rắn pha khí dọc theo chiều dài lị khí hóa than lớp chuyển động -84- Chương3- Mơ lị khí hóa than lớp chuyển làm việc ngược chiều Hình 3.5 thể profin nhiệt độ pha rắn pha khí dọc theo chiều dài lị khí hóa than, từ đường cong rút vài nhận xét sau: • Đường màu đỏ biểu diễn profin nhiệt độ pha rắn, đường màu xanh biểu diễn profin nhiệt độ pha khí Các đường bị gấp khúc mặt cắt vùng thiết lập mơ hình tốn mơ tả vùng lò ta đạt giả thiết bỏ qua liên tục nhiệt độ vùng, điều ảnh hưởng không nhiều đến kết mô • Trong vùng sấy, vùng nhiệt phân vùng khử nhiệt độ pha khí ln ln lớn nhiệt độ pha rắn, vùng cháy vùng xỉ nhiệt độ pha rắn luôn lớn nhiệt độ pha khí điều hồn tồn phù hợp với thực tế làm việc lị khí hóa than • Qua việc mơ lị khí hóa than lớp chuyển động làm việc ngược chiều ta hoàn toàn xác định chiều dài vung lị khí hóa, từ xác định chiều dài tổng cơng lịkhi biết suất, đường kính, độ chuyển hóa carbon yêu cầu • Trong trường hợp luân văn với suất làm việc 2000kgthan/h, đường kính lị 2,5(m), độ chuyển hóa carbon tổng cộng 0,9, nhiệt độ thải xỉ khoảng 8500 C chiều dài cần thiết lò 8,5(m) -85- Kết luận KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu, xây dựng mơ hình tốn mơ tả q trình xảy lị khí hóa than lớp chuyển động, tiến hành mơ lị khí hóa than rút số kết luân sau: Dựa sở phương trình cân chất cân nhiệt tổng qt tiến hành xây dựng mơ hình tốn mơ tả q trình xảy vùng lị khí hóa than lớp chuyển động ngược chiều Giải tốn cân nhiệt cho tồn lị khí hóa than có suất 2000kg/h với yêu cầu độ chuyển hóa carbon tổng cộng U C = 0,9 tính độ chuyển hóa carbon vùng khử vùng cháy tương ứng U C3 = 0, 46 , U C4 = 0, 78 , lượng nước lượng khơng khí cần thiết tương ứng mhoi =451,5(kg/h) , mkk =1529,8(kg/h) Trên sở mơ hình tốn thiết lập cho vùng, sử dụng phần mềm Matlab tiến hành mô lị khí hóa than có suất 2000(kg/h), đường kính lị D=2,5(m), độ chuyển hóa carbon tổng cộng U C = 0,9 thu kết sau đây: ƒ Profin trường nhiệt độ pha rắn, pha khí độ chuyển hóa carbon vùng lị khí hóa xác định chiều dài vùng là: Lsay = 2(m) , LNphan = 2, 5(m) , LKhu = 3(m) , LChay = 1(m) , LXi = 0,5(m) ƒ Từ profin nhiệt độ độ chuyển carbon vùng xây dựng profin nhiệt độ độ chuyển hóa carbon cho tồn lị khí hóa, xác định chiều dài tổng cộng lị 8,5(m) Từ kết áp dụng để tính tốn thiết kế lị khí hóa than lớp chuyển động ngược chiều Mơ hình xây dựng áp dụng, mở rộng phát triển, kết hợp với việc nghiên cứu động học để mơ q trình khí hóa dạng - 86 - nguyên liệu khác như: loại than đá, phế thải cơng nghiệp, vật liệu có nguồn gốc thực vật trấu, tre, gỗ - 87 - Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Huỳnh Thu Cúc, Hóa học than, Đại học Tại chức Bách Khoa Hà Nội 1975 PGS., TS Mai Xuân Kỳ, Thiết bị phản ứng công nghiệp hóa học Tâp1,2 (2006), Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật PGS., TSKH Đặng Quốc Phú, PGS TS Trần Thế Sơn, GS TSKH Trần Văn Phú, Truyền nhiệt, (2007), Nhà xuất giáo dục Vũ Đình Tiến, Nghiên cứu mơ hình hóa q trình truyền nhiệt chuyển khối tiến trình hệ phản ứng dị thể Khí-Rắn, (1999), Trường Đai học Bách Khoa Hà Nôi Tiếng Anh Amundson, N, R., and L E Arri, “Char Gasification in a Coun-tercurrent Reactor,” AIChE J., 24, 87 (1978) Arthur, J A Reactions between Carbon and Oxygen Trans Frans-day Soc 1951, 47, 164 Battacharya, A.; Salam, L.; Dudukovic, M P.; Babu, J Experimental and Modeling Studies in Fixed-Bed Char Gasification Ind Eng Chem Process Des Dev 1986, 25, 988-996 Biba, V.; Macak, J.; Malecha, J Mathematical Model for the Gasification of Coal under Pressure Ind Eng Chem Prosses Des Dev 1978, 17, 92-98 Caram, H S.; Fuentes, C Simplified Model for a Counterrent Char Gasifier Ind Eng Chem Fundam 1982, 21, 464-472 10 Denn, M M.; Shinnar, R Coal Gasification Reactors In Chemical Reaction and Reactor Engineering; Carberry, J J., Varma, A.,Eds.; Marcel Dekker: New York, 1987 11 Kosky, P G.; Floess, J K Global Model of countercurrent Coal Gasifier -88- Tài liệu tham khảo Ind Eng Chem Processes Des Dev 1980, 19, 586-592 12 McIntosh, M J Mathematical Model of Drying in a Brown Coal Mill System Formulation of Model Fuel 1976, 55, 47 13 O Levenspiel; John Wiley & Sons Chichester; Chemical Reaction Engineering, Inc.NY.1999 14 Sergent, G.; Smith, J Combustion Rate of Bituminous Coal Char in the Temperature Range 800 to 1700 K Fuel 1973, 52, 52 15 Thimsen, D.; Mouser, R E.; Lin, B Y H.; Pui, D.; Kittelson, D Fixed-Bed Gasification Research using U.S Coal; DOE; Washington, DC 1985; Vol 19, Executive Summary, DOE/ET/10205-Tl -89- PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH MATLAB MƠ PHỎNG LỊ KHÍ HĨA THAN LỚP CHUYỂN ĐỘNG %Chuong trinh mo ta vung say function dy = vsay(t,y) vtocs=1.5*10^-4;vtocg=3.8;r1=0.0475;h1=2259;A=78.6; K1=125; cps=1134;cpg=1239; dy = zeros(4,1); dy(1) = -r1/vtocs; dy(2) = -r1/vtocg; dy(3) = (y(3)/y(1))*(r1/vtocs)+(K1*A/(vtocs*y(1)*cps))*(y(4)-y(3)) -r1*h1/(vtocs*y(1)*cps); dy(4) = (y(4)/y(2))*(r1/vtocg)+(K1*A/(vtocg*y(2)*cpg))*(y(4)-y(3)); end %Chuong trinh mo ta vung nhiet phan function dy = vnp(t,y) vtocs=1.5*10^-4;vtocg=4.0;r2=0.052;h2=300;A=78.6; K2=150;cps=2520;cpg=1290; dy = zeros(4,1); dy(1) = -r2/vtocs; dy(2) = -r2/vtocg; dy(3) = (y(3)/y(1))*(r2/vtocs)+(K2*A/(vtocs*y(1)*cps))*(y(4)-y(3))r2*h2/(vtocs*y(1)*cps); dy(4) = (y(4)/y(2))*(r2/vtocg)+(K2*A/(vtocg*y(2)*cpg))*(y(4)-y(3)); end %Chuong trinh mo ta vung khu function dy = vkhu(t,y); k1=9.5*10^-4;k2=9.5*10^-5;K3=225;vtocg=4.5;vtocs=2.7*10^4;klrtb=0.3;klr0=762; Mc=12;Mco=28;Mco2=44;Mh2=2;Mh20=18;A=78.6;cps=2.520;cpg=1.264; h1=1130.34;h2=14037.83; dy = zeros(7,1); dy(1) = klr0*(1-y(5))*Mc*k1*y(1)/(vtocg*Mh20^2); dy(2) = klr0*(1-y(5))*Mc*k2*y(2)/(vtocg*Mco2^2); dy(3) = -klr0*(1-y(5))*Mc*(k1*y(1)+2*k2*y(2))/(vtocg*Mco^2); dy(4) = -klr0*(1-y(5))*Mc*k1*y(1)/(vtocg*Mh2^2); dy(5) = (1-y(5))*(k1*y(1)+k2*y(2))/vtocs; dy(6) = y(6)*(k1*y(1)+k2*y(2))/vtocs+K3*A*(y(7)-y(6))/(vtocs*klr0* (1-y(5))*cps)-(k1*y(1)*h1+k2*y(2)*h2)/(vtocs*cps); dy(7) = y(7)*klr0*(1-y(5))*Mc*(k1*y(1)*(1/Mco+1/Mh2-1/Mh20)+k2*y(2)* (0.5/Mco-1/Mco2))/(klrtb*vtocg)+K3*A*(y(7)-y(6))/(vtocg*cpg*klrtb); end %Chuong trinh mo ta vung chay function dy = vchay(t,y); r4=0.06;h4=3427.6;vtocs=3.9*10^-4;vtocg=4.5;K4=260; klrg=0.24;klrs=362;cps=0.75;cpg=1.34;A=78.6; dy = zeros(3,1); dy(1) = r4/(vtocs*klrs); dy(2) = y(2)*r4/(vtocs*klrs*(1-y(1)))+r4*h4/(vtocs*cps*klrs* (1-y(1)))-K4*A*(y(2)-y(3))/(vtocs*cps*klrs*(1-y(1))); dy(3) = -K4*A*(y(2)-y(3))/(vtocg*cpg*klrg); end -90- %Chuong trinh mo ta vung xi function dy = vxi(t,y); vtocs=4.5*10^-4;vtocg=2.5;K5=75; klrg=0.34;klrs=493;cps=0.75;cpg=1.264;A=78.6; dy = zeros(2,1); dy(1) = -K5*A*(y(1)-y(2))/(vtocs*cps*klrs); dy(2) = -K5*A*(y(1)-y(2))/(vtocg*cpg*klrg); end %Chuong trinh chinh mo phong lo hoa [z,Y] = ode45(@vsay,[0 2],[786 0.363 25 750]); plot(z,Y(:,3),'.',z,Y(:,4),'*'); hold on; [z,Y] = ode45(@vnp,[2 3.92],[786 0.330 120.4 805.5]); plot(z,Y(:,3),'.',z,Y(:,4),'*'); [z,Y] = ode45(@vkhu,[3.92 7],[0.028 0.0028 4.43 0.85 788 875.3]); plot(z,Y(:,6),'b');hold on; plot(z,Y(:,7),'r');hold on; [z,Y] = ode45(@vchay,[7 8],[0.46 1092 1092]); plot(z,Y(:,1),'b');hold on; plot(z,Y(:,2),'b');hold on; plot(z,Y(:,3),'r');hold on; [z,Y] = ode45(@vxi,[8 8.5],[1137 917]); plot(z,Y(:,1),'b');hold on; plot(z,Y(:,1),'b');hold on; plot(z,Y(:,2),'r');hold on; %Chuong trinh tinh toan can bang nhiet lo hoa %can bang nhiet lo hoa %muc dich: tinh luong cacbon chay, luong cacbon khu ms0=input('nhap nang suat cua lo, ms0='); w=input('do an cua than nguyen lieu, w='); a=input('do tro cua than nguyen lieu, a='); v=input('ham luong chat bo than, v='); u=input('do chuyen hoa yeu cau, u='); %an dinh cac nhiet cho tung vung ts0=input('nhiet than nguyen lieu vao, ts0='); ts1=input('nhiet than cuoi vung say, ts1='); ts2=input('nhiet than cuoi vung nhiet phan, ts2='); ts3=input('nhiet than cuoi vung khu, ts3='); ts4=input('nhiet than cuoi vung chay (< nhiet chay mem cua xi), ts4='); ts5=input('nhiet cua xi than, ts5='); tg0=input('nhiet khong vao vung xi, tg0='); tg5=input('nhiet cua than, tg5='); d=input('nhap chua hoi cua khong am bao hoa, d='); etp=input('nhap entanpi cua khong am, etp='); n=input('nhap ty so nuoc du so voi luong can thiet, n='); %cac thong so hoa ly cps=input('nhiet dung rieng cua than, cps='); cpx=input('nhiet dung rieng cua xi than, cpx='); cpg5=input('nhiet dung rieng cua than am lo, cpg5='); h1=34276/12;%h1=input('hieu ung nhiet phan ung C+O2, h1(kJ/kmolc)='); h2=7537.2/12;%h2=input('hieu ung nhiet phan ung C+H20, h2='); h3=14037.8/12;%h3=input('hieu ung nhiet phan ung C+CO2, h3='); rd=input('hieu ung nhiet nhiet phan than, rd='); rn=2259.3;%rn=input('nhiet hoa hoi cua nuoc, rn='); ncchay=input('so kmol cacbon chay xuat phat,ncchay='); %Luong nhiet tieu hoa nctong=(1-w-v-a)*ms0/12; mg5=u*nctong*12+138*ncchay+d*138*ncchay+(w+v)*ms0; -91- ms1=ms0-w*ms0;ms2=ms1-v*ms0; Qsay=cps*(ms1*ts1-ms0*ts0)+rn*w*ms0; Qnp=cps*(ms2*ts2-ms1*ts1)+rd*v*ms0; Qkhu=7.672*ncchay*d*h2+(u*nctong-ncchay-7.672*ncchay*d)*h3; Qhhoi=rn*n*d*138*ncchay; Qxi=(ms0*a+(1-u)*nctong*12)*cpx*ts5; Qg5=mg5*cpg5*tg5; Qth=Qsay+Qnp+Qkhu+Qhhoi+Qxi+Qg5; %Luong nhiet cung cap Qg0=138*ncchay*etp; Qs0=ms0*ts0*cps; Qchay=ncchay*h1; Qthx=(ms0*a+(1-u)*nctong*12)*cpx*(ts4-ts5); Qcc=Qg0+Qs0+Qchay+Qthx; Plot(nchay,Qcc);hold on; Plot(nchay,Qth); -92- ... nghệ khí hóa than? ??………… 15 1.2 Các cơng nghệ khí hóa than? ??…………………………………… 17 1.2.1 Khí hóa than lớp chuyển động? ??…………………………… 17 1.2.1.1 Lị khí hóa than chuyển động xi chiều…………… 18 1.2.1.2 Lị khí hóa. .. 1.2.1 Khí hóa than lớp chuyển động -17- Chương1-Tổng quan cơng nghệ khí hóa than Đứng mặt lịch sử cơng nghệ khí hóa than lớp chuyển động người biết đến đầu tiên, xét mặt cơng nghệ khí hóa than chuyển. .. khí than trước cung cấp cho trình tổng hợp -19- Chương1-Tổng quan cơng nghệ khí hóa than Hình 1.4 Lị khí hóa than lớp chuyển động ngược chiều Tác nhân khí hóa cơng nghệ khí hóa than lớp chuyển động