Cải thiện chất lượng của khí sản phẩm (độ sạch và nhiệt trị) thu được từ công nghệ khí hóa trẩu kiểu updraft thông qua sử dụng xúc tác và khảo sát tối ưu các tác nhân khí hóa gasification agent

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -o0o - NGÔ NGỌC THƯỜNG CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG CỦA KHÍ SẢN PHẨM (ĐỘ SẠCH VÀ NHIỆT TRỊ) THU ĐƯỢC TỪ CÔNG NGHỆ KHÍ HỐ TRẤU KIỂU UPDRAFT THƠNG QUA SỬ DỤNG XÚC TÁC VÀ KHẢO SÁT TỐI ƯU CÁC TÁC NHÂN KHÍ HỐ “GASIFICATION AGENT” Chun ngành : Kỹ thuật Hóa dầu Mã số : 60520330 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2019 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS HUỲNH QUYỀN Chữ ký: Cán chấm nhận xét 1: Chữ ký: Cán chấm nhận xét 2: Chữ ký: Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 10 tháng 01 năm 2019 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch: Phản biện 1: Phản biện 2: Ủy viên: Ủy viên, thư ký: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA GS.TSKH Lưu Cẩm Lộc GS.TS Phan Thanh Sơn Nam Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngô Ngọc Thường ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -o0o - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc -o0o - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ I Họ tên học viên: Ngô Ngọc Thường MSHV: 7140810 Ngày, tháng, năm sinh: 17/10/1972 Nơi sinh: Hưng Yên Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa dầu Mã số: 60520330 TÊN ĐỀ TÀI Cải thiện chất lượng khí sản phẩm (độ nhiệt trị) thu từ cơng nghệ khí hố trấu kiểu updraft thông qua sử dụng xúc tác khảo sát tối ưu tác nhân khí hố “gasification agent” II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Trên sở phân tích nghiên cứu triển khai, đặc biệt tình hình nghiên cứu tiềm ứng dụng Việt Nam cơng nghệ khí hố trấu cho việc sản xuất lượng, đề tài hướng đến mục tiêu cải thiện cơng nghệ khí hố trấu kiểu Updraft với mục đích giảm tối đa hình thành tar thông qua việc khảo sát tối ưu tác nhân khí hố “Gasification Agent” nghiên cứu tổng hợp xúc tác, thử nghiệm khí hố trấu với có mặt xúc tác tổng hợp hệ thống Để thực mục tiêu nội dung nghiên cứu thực hiện, cụ thể: - Nghiên cứu xây dựng, lắp đặt hệ thống khí hố kiểu updraft, quy mô hệ thống, suất theo nguyên liệu trấu 100 - 1000g trấu/h để triển khai nghiên cứu khảo sát thực nghiệm - Nghiên cứu thực nghiệm tiến hành khảo sát tác nhân khí hố chọn lựa (khơng khí, nước) hệ thống nhằm so sánh hiệu ứng tác nhân đến hiệu suất thu hồi sản phẩm khí cao, độ chọn lọc cao, hàm lượng tar sản phẩm thấp - Nghiên cứu khảo sát hiệu ứng xúc tác số nguyên vật liệu chọn lựa từ nguyên liệu có sẵn Việt Nam Các loại nguyên vật liệu định hướng sử dụng bentonite thơ có nguồn gốc từ Bình Thuận, dolomite Ni/ Based III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày ký Quyết định giao đề tài): 20/08/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2018 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Huỳnh Quyền Trang ii Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngô Ngọc Thường Tp.HCM, ngày 10 tháng 12 năm 2018 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS.TS Huỳnh Quyền ThS Đào Thị Kim Thoa TRƯỞNG KHOA GS.TS Phan Thanh Sơn Nam Trang iii Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngô Ngọc Thường LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Huỳnh Quyền, người hướng dẫn truyền đạt cho em kiến thức quý báu suốt trình hồn thành khóa học Thạc sĩ giai đoạn thực luận văn Em xin cảm ơn Quý Thầy/ Cô thuộc Bộ môn Công nghệ Chế biến Dầu khí, Khoa Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh giảng dạy, truyền đạt cho chúng em nhiều kiến thức bổ ích suốt khóa học Em xin cảm ơn Phịng Đào tạo sau Đại học trường Đại học Bách Khoa tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành khóa học Và biết ơn, ghi tâm đồng hành gia đình, giúp đỡ, động viên gia đình, bạn bè, đồng nghiệp giúp em vượt qua khó khăn để hồn thành khóa học Trân trọng./ Học viên: Ngô Ngọc Thường Trang iv Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngơ Ngọc Thường TĨM TẮT LUẬN VĂN Hiện giới, công nghệ chế biến biomass xem giải pháp hữu hiệu thân thiện với môi trường để tạo dạng lượng (nhiệt, điện) Biomass kênh đầu tư khả thi mặt tài Việc phát triển thực cơng nghệ biomass mang lại nhiều lợi ích như: tạo nguồn lượng cho phát triển kinh tế bền vững, giải vấn đề quan trọng như: không gây ô nhiễm môi trường cung cấp nguồn lượng tái tạo Công nghiệp chế biến biomass với nguồn nguyên liệu rơm rạ, trấu… với định hướng thu hồi lượng (nhiệt, điện) phương pháp khí hóa theo đường tạo thành khí tổng hợp (H2, CO hydrocarbon) phương pháp chuyển đổi lượng hiệu nhất, khả ứng dụng quy mô công nghiệp cao, không ô nhiễm Việt Nam quốc gia có tiềm để sản xuất lượng từ nguồn nguyên liệu biomass lớn, không gây ô nhiễm đặc biệt giải pháp cho vấn đề hiệu ứng nhà kính so với nguồn ngun liệu khác Chính thế, từ nhiều năm trở lại đây, cơng nghệ khí hóa nguồn biomass rơm rạ, trấu, rác thải hữu cơ… tập trung nghiên cứu phát triển Tuy nhiên nay, cơng nghệ khí hóa biomass chưa thể trở thành cơng nghệ thương mại hạn chế như: vấn đề hình thành cặn (tar) q trình khí hóa, chưa có cơng nghệ tham số vận hành tối ưu cho hệ thống biomass, chất lượng sản phẩm khí hóa độ nhiệt trị khí sản phẩm chưa đạt yêu cầu… Những hạn chế đặt vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu để bước hồn thiện cơng nghệ khí hố đưa vào ứng dụng thực tiễn Vì vậy, mục tiêu luận văn tập trung nghiên cứu giải vấn đề như: - Hạn chế hình thành cặn (tar), yếu tố gây tắc nghẽn hệ thống thiết bị cơng nghệ q trình vận hành Luận văn xây dựng lắp đặt hệ thống khí hố kiểu updraft, bước hồn thiện cơng nghệ khí hoá sau: - Nghiên cứu xây dựng lắp đặt hệ thống khí hố kiểu updraft, quy mơ suất hệ thống qui mô nhỏ theo nguyên liệu trấu 100 - 1000g trấu/h để triển khai nghiên cứu khảo sát thực nghiệm - Kết nghiên cứu chứng minh lần khả giảm Tar thơng qua sử dụng tác nhân khí hố nước Nghiên cứu hồn tồn có sở khoa học dựa nguyên lý phản ứng cracking biomass (một dạng dẫn xuất hydrocarbon mạch dài) với có mặt nước Sự có mặt nước cho phép tăng cường hiệu suất chọn lọc cho sản phẩm khí hydro (gấp lần so với tác nhân khơng khí), thành phần mong muốn có sản phẩm nhiên liệu khí q trình khí hố Bên cạnh đó, việc sử dụng tác nhân nước giảm 30% sản phẩm Tar - Kết nghiên cứu thực nghiệm phối hợp khí hố có xúc tác tác nhân khí hố nước cho phép tăng độ chọn lọc hydro lần (hàm lượng hydro nhiên liệu khí đạt gần 60%), đồng thời hàm lượng tar giảm gần 69% so với trường hợp khí hố khơng sử dụng xúc tác điều kiện khí hố Trang v Luận văn Thạc sĩ - HVTH: Ngơ Ngọc Thường Nghiên cứu khảo sát hiệu ứng xúc tác số nguyên vật liệu chọn lựa từ nguyên liệu có sẵn Việt Nam Các loại vật liệu định hướng sử dụng bentonite thơ có nguồn gốc từ Bình Thuận, dolomite Ni/ Based Việc sử dụng xúc tác dạng khoáng bentonite cho phép tăng cường độ chọn lọc sản phẩm khí hydro Độ chọn lọc sản phẩm hydro tăng lần đạt 40% thành phần khí nhiên liệu so với trường hợp khí hố khơng sử dụng xúc tác điều kiện Hàm lượng tar giảm gần 50% so với trường hợp không sử dụng xúc tác Đề tài nghiên cứu bước đầu đạt kết thử nghiệm nói đáng ghi nhận nghiên cứu sâu q trình khí hố việc khảo sát ảnh hưởng tác nhân nước sử dụng khoáng bentonite cho mục tiêu tăng chất lượng nhiên liệu khí (giàu hydro, CO), giảm sản phẩm tar nguyên nhân gây khó khăn trình triển khai cơng nghệ khí hố, giảm tượng tắc nghẽn đường ống công nghệ Với thời gian ngắn hạn chế thiết bị, kết nghiên cứu đề tài xem sở khoa học, giúp cho nhà nghiên cứu cơng nghệ có sở định hướng để bước thực đưa cơng nghệ khí hố ứng dụng thực tế cách hiệu bền vững Trang vi Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngô Ngọc Thường ABSTRACT Biomass is currently seen as an economically viable and environmentally friendly solution to energy generation (steam and electricity) in the world Biomass is a financially viable investment as well as being environmentally friendly The development and implementation of biomass technologies could bring many environmental, energetically and economic benefits, solving important problems such as waste disposal and renewable energy supply The biomass processing industry with energy recovery orientation of process heat (steam and electricity), which method for producing synthesis gas (a mix of H2, CO and hydrocarbon) is the highest conversion efficiency, energetically and economic benefits, waste disposal Vietnam has huge potential from biomass material to produce energy, non-polluting and especially a solution to the problem of greenhouse gas emissions decreased compared to other sources Therefore, from many years ago, gasification technology of biomass sources such as straw, rice husk and organic waste has been researched and developed However, up to now, biomass gasification technology have still not become commercial technology due to the restrictions such as: tars formation in the gasification process, the lack of technology and optimal operating parameters for the biomass system, the quality of gas products Such as cleanliness and calorific value of gas products not meet the requirements These restrictions have raised these issues that need to be further researched in order to gradually improve the gasification technology Therefore, the main objective of the dissertation is to study problems such as: - To limit to tars formation, this factor will clog up the equipment system of the biomass gasification technology during the operation, especially when the technology is deployed on a large scale, causing to difficulties in optimal operating parameters for the biomass system and to develop a more efficient design - To perfect the gasification technology on a large scale, optimization by improving the energy conversion efficiency and this problem is closely related to the operating mode which is one of the efficiency determinant key The thesis has built up the installation/design of gas updraft system, gradually improve the gasification technology as follows: - To research/ design into the construction of biomass gasification_updraft system, capacity of the pilot updraft system with the raw material_rice husk is 100-1000g/h - The results once again demonstrate the possibility of tar reduction through the use of gasification gas steam This research is based on the principle of cracking catalysts in the biomass gasification process (a type of hydrocarbon derivative) with the presence of gas steam The presence of gas steam allows for improved selectivity of hydrogen products (up to four times with air usage), which are the desired components in the gas products of the gasification process In addition, the use of gas steam is also reduced by 30% of the Tar product Trang vii Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngô Ngọc Thường - Experimental results between catalytic gasification combined with steam gasification allow the selectivity of hydrogen is up to more times (hydrogen content is nearly 60% in gaseous fuels), at the same gasification condition, the tar content decreases by nearly 69% with the use of non-catalytic gasification - Study on catalytic effects from available sources in Vietnam Raw bentonite catalytic source (dolomite or Ni/ Based) from Binh Thuan is used This material, acting` as a catalyst allows for improved selectivity of hydrogen products The selectivity of hydrogen products are more than and this achieves more 40% of the fuel gas product composition at the same gasification condition Tar content decreases by nearly 50% with the use of non-catalytic gasification The thesis has achieved remarkable results in the study on gasification process technology by investigating the effect of gas steam and use of bentonite catalysis for the purpose of increasing fuel gas quality (rich in hydrogen, CO), reducing of tar products is one of the technical difficulties in the large-scale gasification technology, reducing of the congestion in piping system With short time and limited equipment, the results strongly support that evaluation of the technological properties of bentonite can be considered as a scientific basis to help the technology researchers have the basis and orientation to gradually implement technology gasification and practical application in efficient and sustainable economy Trang viii Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngô Ngọc Thường LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam kết luận văn hoàn thành dựa kết nghiên cứu kết nghiên cứu chưa dùng cho luận văn cấp khác Tp HCM, ngày 10 tháng 12 năm 2018 Ngô Ngọc Thường Trang ix Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngô Ngọc Thường [16] Gupta Urmila, et al., Fabrication and Performance Evaluation of Paddy Straw Based Biogas Digester International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA), May - Jun 2012 2(3): p 946-949 [17] Mussatto, S.I and I.C Roberto, Alternatives for detoxification of diluted-acid lignocellulosic hydrolyzates for use in fermentative processes: a review Bioresource technology, 2004 93(1): p 1-10 [18] Phạm Hữu Tâm, Nghiên cứu trình đốt sinh khối từ trấu làm nhiên liệu đốt qui mô công nghiệp 2013, Trường Đại học Đà Nẵng [19] Official statistics of Finland Energy 2005: Helsinki [20] Renewable Energy in Asia: the Vietnam report, An overview of the energy systems, renewable energy options, initiatives, actors and opportunities in Vietnam August 2005: Australian Business Council for Sustainable Energy, 3rdFloor, 60 Leicester Street, Carlton Victoria 3053 p 1-18 [21] Energy Efficiency Guide www.energyefficiencyasia.org [22] Bronzeoak Ltd, Rice husk ash market study 2003 [23] S Chandrasekhar, et al., Review Processing, properties and applications of reactive silica from rice husk—an overview Materials Science Journal, 2003 38: p 31593168 [24] Peter McKendry, Energy production from biomass (part 2): conversion technologies Bioresource Technology, 2002 83(1): p 47-54 [25] Knoef, Practical aspects of biomass gasification 2005 [26] Devi, Ptasinski, and K.J & Janssen, Decomposition of naphthalene as a biomass tar over pretreated olivine: Effect of gas composition, kinetic approach, and reaction scheme 2005 [27] Moersch, Tar quantification with a new online analyzing method 2000: p 79–86 [28] Prabir Basu, Biomass gasification, pyrolysis and torrefaction ed practical design and theory 2013: Dalhousee University and Greenfield Research Incorporated [29] Đinh Thị Ngọ, N.K.D.u.H., Nhiên liệu trình xử lý hóa dầu 2008: NXB Khoa học kỹ thuật [30] Erik Dahlquist, Technologies for Converting Biomass to Useful Energy Combustion, gasification, pyrolysis, torrefaction and fermentation Sustainable Energy Developments University of Southern Queensland (USQ), Toowoomba, Australia, Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm, Sweden [31] Phyllis Database for biomass and waste Energy Research Centre of the Netherlands ECN-Biomass [cited 2012 18 March ]; Available from: http://www.ecn.nl/phyllis [32] Wang, Contemporary issues in thermal gasification of biomass and its application to electricity and fuel production 2008 [33] Kumar, Steam-air fluidized bed gasification of distillers grains: effects of steam to biomass ratio, equivalence ratio and gasification temperature 2009 [34] Milne and Evans, Biomass Gasifier Tars: Their Nature, Formation, and Conversion 1998 for Industry Trang 73 in Asia Available from: Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngô Ngọc Thường [35] Elliott and Richland, Analysis and Comparison of Biomass Pyrolysis/Gasification Condensates— Final Report 1986, Battelle Memorial [36] Baker, et al., Characterization and Treatment of Tars from Biomass Gasifiers 1988: AIChE Summer National Meeting [37] Hasler, Gas cleaning for IC engine applications from fixed bed biomass gasification 1999: Biomass Bioenergy [38] Han and Kim, The reduction and control technology of tar during biomass gasification/ pyrolysis: an overview 2008 p 397-416 [39] Enrique Salaices, Catalytic steam thermodynamic and kinetic approach [40] Paasen, Tar removal with wet ESP: parametric study 2004, The Second World Conference and Technology Exhibition on Biomass for Energy, Industry and Climate Protection [41] Sutton, Review of literature on catalysts for biomass gasification Fuel Process, 2001: p 155-173 [42] M.C Merabivily, Bentonite clays 1988 [43] Grim, R.E.a.G., Bentonites Geology, Mineralogy, Properties and Uses 1978 [44] Ciullo, P.A., White Bentonite – A Bright Future 1996 An Industrial Minerals Special Review [45] Colin, C.H.a.M., H.H,, Industrial clays in the 21 st centery 1990 Aperspective of exploration, technology and utilization: p 38 [46] Tạ Đình Vinh, Nghiên cứu sử dụng sét bentonite Việt Nam để pha chế dung dịch khoan 1991, Hà Nội [47] Bùi Văn Thắng, Nghiên cứu tổng hợp vật liệu bentonit biến tính, ứng dụng hấp phụ phốt nước 2011, báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp [48] Thân Văn Liên, Nghiên cứu công nghệ chế tạo montmorillonite từ nguồn khoáng thiên nhiên làm nguyên liệu cho nanoclay, in Viện Công nghệ xạ hiếm, Hà Nội 2008 [49] Clem A.G and Doehler R.W, Industrial application of bentonite, Clays and Clay minerals 1963 10: p 284 – 290 [50] Belloni, Rice husk gas stove handbook 2005 [51] O Treatises, "Gasification of Pine Wood Chips with Air-Steam in Fluidized Bed," Brno University Of Technology, 2014 [52] Alexis T Belonio, "Rice Husk Gas Stove Handbook",Department of Agricultural Engineering and Environmental Management College of Agriculture Central Philippine University Iloilo City, Philippines, 2005 [53] Rafael Luque and James G Speight, “Gasification for Synthetic Fuel Production” Fundametals, processes and applications Woodhead Publishing Series in Engergy, Number 69, 2015: p239-260 gasification Trang 74 of biomass surrogates: A Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngô Ngọc Thường PHỤ LỤC Phụ lục 1: Phương pháp tính tốn thiết kế hệ thống pilot khí hóa trấu Trang 75 Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngô Ngọc Thường PHỤ LỤC 1: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PILOT KHÍ HỐ TRẤU Ngun liệu đầu vào: Thành phần trấu (%wt) C H O N S SiO2 Độ ẩm 38.5 5.7 39.8 0.5 15.5  Tính lượng khơng khí cần thiết để đốt cháy hồn tồn kg trấu - Các phương trình phản ứng: C => + O2 12 kg + kgC + => kgC + CO2 32 kg 44 kg 2.67 kgO2 3.67 kgCO2 1,869 m3tc O2 1.869 m3tc CO2 * Lý luận tương tự ta được: H2 + kg H2 O2 H2 O + 5.6 m3tcO2 11m3tc H2O - Thể tích khơng khí cần thiết cho q trình cháy hồn toàn 1kg trấu =( Vkk = + = - ( ) + - ) = 3.619 (m3tc/kg) - Khối lượng khơng khí cấp cho kg nhiên liệu là: qkk = Vkk * ρkk Trong đó: qkk: khối lượng khơng khí cần thiết để đốt cháy hốn tồn 1kg trấu (kgkk/kg trấu) Vkk: thể tích khơng khí cần thiết để đốt cháy 1kg trấu (m3kk/kgnl) ρkk: khối lượng riêng khơng khí 30oC (ρkk = 1.165 kg/m3) qkk = 3.619*1.165 = 4.216 (kgkk/kgnl)  Nhiệt trị thấp trấu Hvtr = 339*C + 1030*H - 109*O - 25*w = 14359.3 (kJ/kg) Trang Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngô Ngọc Thường  Phương trình cân vật chất (cân khối lượng) mgas = mkk + mtr - mw Trong đó: mgas: khối lượng khí sau khí hóa giờ, kg/h mw: khối lượng chất thải (tro) giờ, kg/h * Khối lượng khơng khí: Tính lưu lượng khơng khí cần thiết cấp cho q trình khí hóa Qkk = Trong đó: Qkk: lưu lượng cần thiết để cấp cho q trình khí hóa ɛ: hệ số khơng khí dùng q trình khí hóa (ε = 0.3 - 0.4) Chọn ε = 0.35 Qkk = = 6.33 (m3/h) Vậy khối lượng khơng khí cần cung cấp cho q trình khí hóa là: mkk = 7.38 (kg/h) * Khối lượng chất thải: Trong hệ thống khí hóa chất thải chiếm từ 18 - 30% khối lượng trấu Ở ta chọn chất thải chiếm 23% khối lượng trấu: mw = 0.23*mtr = 1.15 (kg/h) * Khối lượng gas thu giờ: mgas = mtr + mkk - mw = 11.23 (kg/h) Như ta có: mtr (kg/h) mgas (kg/h) mkk (kg/h) 11.23 7.38 mw (kg/h) 1.15  Phương trình cân lượng Cân lượng hệ thống khí hóa cho cơng thức sau: Etr + Ekk = Egas + Ett Trong đó: Etr: lượng trấu, kw Trang Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngơ Ngọc Thường Ekk: lượng khơng khí cấp, kw Egas: lượng gas, kw Ett: lượng tổn thất, kw * Năng lượng trấu Etr = Trong đó: Etr: lượng trấu, kw mtr: khối lượng trấu cấp giờ, kg/h Hvtr: nhiệt trị thấp trấu, kJ/kg Etr = 19.94 (kW) * Năng lượng khơng khí cấp Chọn gốc lượng nhiệt độ môi trường Xem lượng không khí cấp khơng, Ekk = * Các tổn thất lượng Tổn thất lượng khí hóa bao gồm tổn thất chất thải có nhiệt độ cao mang tổn thất qua kết cấu Ett = Ekc + Ect Trong đó: Ett: lượng tổn thất, kw Ekc: lượng tổn thất qua kết cấu, kw Ect: Năng lượng tổn thất đo chất thải mang ngoài, kw Năng lượng tổn thất chất thải: Nguồn lượng chất thải bao gồm: lượng tro có nhiệt độ cao thải ngồi phần lượng sản phẩm cháy chưa hết (chủ yếu cacbon) Ect = Etro + Ecc Trong đó: Ect: lượng chất thải, kW Etro: lượng tro mang ngoài, kW Ecc: lượng thành phần rắn chưa cháy lẫn tro, kW Năng lượng chất rắn chưa cháy Khối lượng chất rắn chưa cháy hết chiếm 20% khối lượng chất thải Trang Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngô Ngọc Thường Ecc = Trong đó: Ecc: lượng thành phần rắn chưa cháy lẫn tro, kw mw: khối khối lượng chất thải giờ, kg/h Hvc: nhiệt trị cacbon (Hvc = 13166.72 kJ/kg) hcc: nhiệt lượng để nâng cacbon lên 120oC, kJ/h Nhiệt độ tro trước thải ngồi có nhiệt độ 120oC Tính tổn thất lượng phải nâng nhiệt độ thành phần chưa cháy: hcc = Ctb*(T2 - T1) Trong đó: T2: nhiệt độ cacbon trước phải ngoài, (T2 = 393ok) T1: nhiệt độ cacbon mang vào buồng phản ứng, (T1 = 303ok) Ctb: nhiệt dung riêng trung bình Ctb = 0.728 + 1.256*10-3*t = 0.879 (kJ/kg) hcc = Ctb*(393 - 303) = 79.11 (kJ/kg) Tính lượng lượng chất rắn chưa cháy tro Năng lượng tổn thất thành phần chưa cháy là: Ecc = = 0.846 (kw) Tổn thất lượng tro mang Etro = = 0.26 (kw) Tổn thất lượng qua kết cấu Cho phép tổn thất lượng qua kết cấu 5% Vậy: Ekc = 0.05*Etr = 0.997 (kw) Egas = Etr + Ekk - Ett = 18.071 (kw) Hiệu suất nhiệt là: η = = 90.63 (%) Trang Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngơ Ngọc Thường  Tính kết cấu hệ thống khí hóa: * Đường kính thiết bị phản ứng D= Trong đó: D: đường kính buồng phản ứng, m mtr: khối lượng trấu cấp giờ, kg/h ρtr: khối lượng riêng trấu, kg/m3 (ρtr = 100 kg/m3) Kết tính tốn đường kính bng phản ứng với khối lượng trấu 20kg: D = 0.56 (m) * Chiều cao buồng phản ứng Hpu = Trong đó: SGR: tỷ lệ khí hóa, 100 kg/m2h t: thời gian khí hóa, h Hpu = = (m) Từ chiều cao cố định lò, ta phải dư khoảng 50% thiết bị chứa tro không gian cho khí hóa Vậy Hpu = 1.5 (m) * Tốc độ khơng khí Vs = Trong đó: Vs: vận tốc buồng phản ứng, m/s D: đường kính buồng phản ứng, m Vs = = 25.71 (m/h) = 0.71(cm/s) Trở lực dịng khí Rf = Tf*Sr Trang Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngơ Ngọc Thường Trong đó: Rf: trở lực dịng khí buồng phản ứng: cmH2O Tf: chiều dày lớp nhiên liệu, m Sr: trở lực riêng, cmH2O/mnl Mối quan hệ vận tốc trở lực dịng khí Nguồn: Rice Husk Gas Stove Handbook[53] Từ vận tốc khí là: 0.71 cm/s đồ thị ta có áp lực Sr là: 0.3 cmH2O/m nhiên liệu Chọn Tf = 1=> Rf = 0.3 (cmH2O) Điều phù hợp với đường kính thiết bị lớn với độ xốp lớn chiều cao lớp nguyên liệu thấp * Tính đường ống Tiết diện đường ống F= Trong đó: F: tiết diện đường ống dẫn khí, m2 tgas: nhiệt độ khí gas (tgas= 150oC) w: vận tốc khí gas ống, m/s, (w = 4.5 m/s) ρgas: khối lượng riêng gas, (ρgas = 1.3 kg/m3) F = = (m2) Trang Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngơ Ngọc Thường Đường kính ống dẫn gas D = = 0.052 (m) Theo quy chuẩn kích thước đường ống có thị trường ta chọn: D = 0.06 (m) Hình: Mơ hình thiết bị khí hóa trấu  Tính thiết bị phụ * Thùng chứa tro Lượng tro đưa Khối lượng riêng (ρtro) tro là: 2.2 (g/cm3) = (2200 kg/m3) mtro = 1.15 (kg) Thể tích lượng tro V = = 5.23*10-4 (m3) Ta lựa chọn thùng thiết bị chứa tro lớn thể tích tro Đường kính: D = 0.6 (m) Chiều cao: c = 0.4 (m) Trang Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngô Ngọc Thường = 0.11 (m3) > 0.0005 m3 (thỏa mãn) Vttro = * Tính quạt thổi khơng khí Với thiết bị dạng Updraft, quạt có áp suất cao thường sử dụng lý tưởng Với thông số quạt cấp khí tính tốn cho mơ hình khí hóa với công suất nhiệt là: Với lưu lượng là: 83.72 (m3/h) Cột áp: 0.3 (cmH2O) Ta chọn quạt AC 220 Volt-1 Amp, Centrifugal Blower - Cơng suất 30W Hình: AC 220 Volt-1 Amp, Centrifugal Blower Với quạt cấp khí phải có hệ số 1.2 đến 1.3 lần sau điều khiển để có lưu lượng cột áp theo yêu cầu  Tính thiết bị ngưng tụ Khối lượng ngưng tụ có khí Ta có khối lượng ngưng tụ từ - 20% khối lượng khí Chọn 20% mtar = 20%tar*mgas = 2.256 (kg lượng ngưng tụ) Lưu lượng nước làm lạnh Các thông số cho thiết bị ngưng tụ tnv tnr o o C kJ/kg 25 65 4.18 C Cpn tgasv o C 350 Trang tgasr mgas Cpgas o C kg/h kJ/kg.độ 200 13 1.1158 Luận văn Thạc sĩ Ta có: HVTH: Ngơ Ngọc Thường Ggas*Cpgas*(tgasv– tgasr) = Gn*Cpn*(tnr– tnv) Trong đó: Ggas: lưu lượng khí ra: 11.23 kg/h Gn: lưu lượng nước làm lạnh, kg/s Tgasv: Nhiệt độ khí vào thiết bị tách hắc ín, oC Tgasr: Nhiệt độ dịng khí thiết bị tách hắc ín, oC Tnv: Nhiệt độ nước vào làm lạnh, oC Tnr: Nhiệt độ nước thiết bị làm lạnh, oC Cpgas: nhiệt dung riêng khí Cpn: nhiệt dung riêng nước Gn = Gn = 11.24 kg/h Chọn dư 50% ta có lượng nước cần dùng 16.86 kg/h Chiều dài đường ống * Nhiệt lượng tỏa cho nước: Qn = = 0.52 kW * Nhiệt độ trao đổi trung bình: ∆t = Với: ∆t1 = tgasv - tnr = 285oC ∆t2 = tgasr– tnv = 175oC Trang Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngô Ngọc Thường Vậy ∆t = 225.5 * Tiết diện trao đổi nhiệt là: F= Với K: số trao đổi nhiệt nước: 340 w/m2 F = 0.068 (m2) * Chiều dài ống trao đổi nhiệt F = 2πrL Với r = 0.0135 (m) L= = 0.8 (m) Kích thước thiết bị ngưng tụ * Để thiết bị ngưng tụ chứa đủ 0.8 m đường ống trao đổi nhiệt ta chọn Đường kính ngưng tụ dc = 20 (cm) = 0.2 (m) * Chiều cao mực nước là: Ta tích nước cần 19.52 kg/h V = πr2hn => hn = = = 0.62 m hn = 62 (cm) * Chiều cao ngưng tụ hc = 80 (cm) = 0.8 (m) Trang 10 Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngơ Ngọc Thường Hình: Thiết bị ngưng tụ Trang 11 Luận văn Thạc sĩ HVTH: Ngơ Ngọc Thường LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Ngô Ngọc Thường Nơi sinh: Hải Hưng Ngày, tháng, năm sinh: 17/10/1972 Địa liên lạc: 67A, Đường 21, Phường Tân Quy, Quận 7, Tp Hồ Chí Minh QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1990 - 1995: Học Đại học, trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội Chuyên ngành: Địa chất dầu khí 2014 – 2018: Cao học Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa dầu Q TRÌNH CƠNG TÁC Thời gian 3/2013 – Tên quan đơn vị cơng tác Vị trí công việc đảm nhận Tổng Công ty Tư vấn Thiết kế Dầu khí Phó Tổng Giám đốc CTCP 7/2009 - 3/2013 Trung tâm Tư vấn Thiết kế – Tổng Công Giám đốc Trung tâm Tư ty Tư vấn Thiết kế Dầu khí - CTCP vấn Thiết kế 12/2006 - 7/2009 Trung tâm Tư vấn Thiết kế - Công ty CP Phó Giám đốc - Phụ trách Tư vấn Đầu tư Thiết kế Dầu khí Phịng Tư vấn Đầu tư 2005 – 2006 Trung tâm Tư vấn Thiết kế - Cơng ty CP Phó trưởng Phịng Kinh tế Tư vấn Đầu tư Thiết kế Dầu khí Kỹ thuật 2002 – 2005 Trung tâm Tư vấn Thiết kế - Cơng ty CP Phó trưởng Phịng Kỹ thuật Tư vấn Đầu tư Thiết kế Dầu khí 2000 – 2002 Xí nghiệp Thiết kế - Cơng ty CP Tư vấn Trưởng phịng Cơng nghệ Đầu tư Thiết kế Dầu khí 1998 – 2000 Xí nghiệp Thiết kế - Cơng ty CP Tư vấn Phó trưởng Phịng Thiết bị Đầu tư Thiết kế Dầu khí Điện – Điều khiển 1996 – 1998 Công ty Thiết kế Xây dựng Dầu khí Nhóm trưởng Nhóm Cơng (PVICC) nghệ Trang ... ngành: Kỹ thu? ??t Hóa dầu Mã số: 60520330 TÊN ĐỀ TÀI Cải thiện chất lượng khí sản phẩm (độ nhiệt trị) thu từ cơng nghệ khí hố trấu kiểu updraft thơng qua sử dụng xúc tác khảo sát tối ưu tác nhân khí. .. không sử dụng xúc tác 1,82 Nm3/kg biomass 32,5 g/Nm3, ngồi chất lượng khí cải thiện, cụ thể tăng tỷ lệ H thành phần khí sản phẩm, từ 38,2%vol (khơng sử dụng xúc tác) lên 48,7%vol (có sử dụng xúc tác) ... phần sản phẩm khí tương ứng với lưu lượng khơng khí 42 Hình 3-5 Mối quan hệ lưu lượng lượng ngưng tụ, rắn, khí với tác nhân nước 44 Hình 3-6 Thành phần khí sản phẩm giá trị lưu lượng nước sử dụng