Thiết bị khí hoá được sử dụng để khảo sát quá trình khí hoá là thiết bị khí hoá tầng cố định ngược chiều, hình trụ. Vật liệu cách nhiệt là gạch samot. Buồng đốt đuợc làm bằng thép 304. Không khí đi vào buồng đốt từ đáy thông qua các ống có quạt thổi.Việc đánh lửa được thực hiện thủ công bằng dầu và giấy. Vỏ trấu được tẩm dầu và dùng giấy đốt thông qua cửa buồng đốt ở phía trên. Than trấu sẽ được vận chuyển ra ngoài bằng trục vít.
Nhiệt độ khí syngas đi ra khỏi thiết bị khí hóa lúc này khoảng 79 – 84oC, nhiệt than trấu là 550 – 650oC.
- Năng suất nhập trấu: 55 – 65kg/h
- Lượng than sinh ra: 15 – 25kg/h
3.2. Buồng đốt khí syngas.
Buồng đốt khí syngas được sử dụng để đốt khí sygnas từ quá trình khí hoá sinh nhiệt để cấp cho nồi hơi. Buồng đốt được làm bằng thép 304, hình trụ đứng. Khí syngas từ lò than hóa được đưa vào lò đốt. Áp suất trong lò đốt là áp suất chân không do quạt hút tạo ra. Quá trình đốt khí syngas được mồi bằng khí dầu mỏ hóa lỏng (Liquefied Petroleum Gas - LPG), khi nhiệt độ đạt khoảng 570oC thì LPG tự động tắt và lò tự động cháy do oxy được cấp tự nhiên thông qua các lỗ thông với không khi bên ngoài. Nếu nhiệt độ thấp hơn 470oC thì hệ thống LPG tự động hoạt động. Nhiệt độ trong lò đốt khí được duy trì ở nhiệt độ khoảng 700 – 820oC bằng cách thay đổi tốc độ khí vào lò khí hóa. Dòng khí sau khi đốt cháy được đưa dẫn qua nồi hơi để cấp nhiệt cho nồi hơi. Nhiệt độ dòng khí vào lò hơi khoảng 490 – 540oC. Một phần khí dư sẽ được thải ra ngoài, nhiệt độ khí thải ra ngoài khoảng 290 – 320oC.
Hỗn hợp khí syngas bao gồm nhiều thành phần khí như: O2, H2, CO, CO2, CH4…Mục đích của quá trình than hóa là tạo ra hỗn hợp khí syngas với thành
phần CO và H2 càng nhiều càng tốt (hạn chế sự tạo thành CO2), do khi phản ứng với oxy nó sinh ra lượng nhiệt lớn. Khí syngas sinh ra trong giai đoạn này sẽ được lấy mẫu đem đo GC.
3.3. Nồi hơi
Chức năng: sử dụng nhiệt khói lò đun sôi, tạo hơi nước nhằm cấp nhiệt cho các thiết bị: bình thủy phân và lên men đồng thời, hai tháp chưng cất.
Loại thiết bị: thiết bị truyền nhiệt chùm ống nằm ngang có sự chuyển pha, nước đi bên trong chùm ống ngược chiều với khí nóng bên ngoài.
Cấu tạo: Bao gồm 2 chùm ống. Nước trước khi bơm vào nồi đun sẽ được xử lý bằng phương pháp trao đổi ion để khử tính cứng.
Nhiệt độ của khói lò trước khi vào thiết bị đun: 430 – 540oC. Nhiệt độ khói lò ra khỏi thiết bị là: 165 – 250oC. Nhiệt độ khói thải ra môi trường phải dưới 200oC. Lượng hơi nước tối đa mà thiết bị có thể cung cấp là 100kg/h.
3.4. Sơ đồ công nghệ và thuyết minh
Thuyết minh sơ đồ
Trấu được đưa vào băng chuyền sau đó được quạt hút lên qua cyclone để tách bụi có lẫn trong trấu. Sau khi qua cyclone trấu đi qua hai van quay ở đây trấu được phân phối đều vào hệ thống chứa có kính quan sát và được bộ phận chuyển động đưa vào bồn khí hóa. Trong buồng khí hóa trấu được đốt bằng kerozen và được mồi lửa bằng giấy, lửa được cho vào ở nắp bồn, quan sát khi thấy lửa đã cháy đều thì ta đóng nắp bồn lại.
Trong buồng khí hóa xảy ra các giai đoạn:
- Giai đoạn sấy: xảy ra ở nhiệt độ 100oC, hơi nước thoát ra, vật liệu bị khô dần. Thông thường, hơi nước được trộn vào dòng chảy khí và có thể tham gia phản ứng hóa học tiếp theo, đặc biệt là các phản ứng nước – khí nếu nhiệt độ đủ cao.
- Giai đoạn nhiệt phân: xảy ra ở nhiệt độ khoảng 200 – 300oC, vật liệu bị phân hủy theo những quá trình tỏa nhiệt. Các sản phẩm hữu cơ thoát ra, than được tạo thành, làm cho khối lượng vật liệu giảm còn khoảng 70% so với ban đầu. Giai đoạn này phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nguyên liệu ban đầu, thành phần của than được tạo thành mà sau đó sẽ xảy ra các phản ứng khí hóa.
- Giai đoạn cháy: ở giai đoạn này các sản phẩm dễ bay hơi và phần lớn than phản ứng với oxy để tạo thành CO2 và một lượng nhỏ CO, cung cấp nhiệt cho phản ứng khí hóa tiếp theo. Phản ứng chủ yếu trong giai đoạn này:
C + O2 = CO2
Hydro trong nhiên liệu phản ứng với oxy trong không khí, tao ra hơi nước:
2H2 + O2 = 2H2O
- Giai đoạn khí hóa: xảy ra các phản ứng giữa cacbon với hơi nước để sản xuất khí CO và H2, thông qua phản ứng:
C + H2O = CO + H2 2C + O2 = 2CO - Đồng thời, xảy ra các phản ứng khác: CO2 + C = 2CO CO2 + H2 = CO + H2O C + 2H2 = CH4
Tại buồng khí hóa trấu đi từ trên xuống dưới, không khí đi từ dưới lên trên, trấu được đốt ở điều kiện thiếu oxy nên khí sinh ra là khí syngas, để quá trình khí hóa diễn ra tốt và không bị gián đoạn giữa chừng thì dưới buồng khí hóa có hệ thống đưa không khí vào với lưu lượng vừa phải để quá trình khí hóa diễn ra với tốc độ cao nhất mà không xảy ra quá trình đốt cháy bình thường.
Để tránh trấu đã cháy chiếm vùng không gian phản ứng thì trong buồng khí hóa có gắn một bộ phận cảm biến, khi lượng than trấu tăng đến một mức nhất định thì cảm biến báo và trấu được lấy ra ngoài nhờ trục vít, bên cạnh đó để quá trình xảy ra tốt hơn thì trong bồn khí hóa có gắn thêm một trục khuấy nhằm khuấy trộn để tăng khả năng cháy. Dòng khí syngas ra khỏi bồn khí hóa có nhiệt độ 86-94oC. Đáy buồng khí hóa có nhiệt độ lớn hơn 1000oC, than trấu sau khi đưa ra ngoài có nhiệt độ khoảng 600-700oC. Khí syngas sinh ra được đưa qua buồng đốt, trước khi syngas vào thì trong buồng đốt ta cho LPG vào đốt trước (nhằm tạo nhiệt độ cao trước) để khi đưa khí syngas vào buồng đốt khí syngas sẽ được nâng lên đến nhiệt độ tự bắt cháy và cháy.
Khi nhiệt độ trong buồng đốt khí đạt trên 500oC thì dòng LPG sẽ tự động ngắt. Trong quá trình cháy thì không khí sẽ được cung cấp vào nhờ những cửa khóa trên thân buồng đốt, dòng syngas cháy sinh ra lượng nhiệt rất lớn (nằm trong dòng khí nóng). Dòng khí nóng được dẫn ra ở cuối buồng đốt và chia ra làm hai dòng: một dòng đi vào nồi hơi để gia nhiệt nồi hơi, dòng còn lại được bơm ra ngoài (lượng khí sinh ra trong quá trình đốt rất lớn so với khí nóng cần
khá lớn được đặt sau nồi hơi giao với đường bypass, lượng hơi trong nồi hơi và trong đường bypass do thiết bị “BOILER OUT DP” quy định…khi thiết bị này đóng tức là hơi nóng sẽ 100% qua bypass và đi ra ngoài , khi thiết bị này mở thì lượng hơi một phần vào nồi hơi và được giữ trong nồi hơi một phần gia nhiệt cho nối hơi….và cứ như vậy thiết bị “BOILER OUT DP” đóng mở theo chu kì và dòng hơi cũng đi theo chu kì của thiết bị này. Nhờ bơm đặt cuối nồi hơi, nơi giao nhau của nồi hơi và đường bypass mà áp suất trong buồng đốt được hạ xuống còn khoảng 20Pa. Khi dòng khí nóng đi vào nồi hơi thì tại đây xảy ra quá trình truyền nhiệt gián tiếp, do thiết bị nồi hơi của ta là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống trùm, dòng khí nóng đi bên ngoài và dòng nước đi bên trong ống. Dòng nước trước khi vào nồi hơi được làm mềm và cho thêm phụ gia tái sinh lò hơi đề tránh các ion Ca2+, Mg2+…tạo cặn bên trong nồi hơi làm giảm hiệu suất truyền nhiệt và phụ gia có vai trò ổn định pH và phá cặn trong nồi hơi để tái thiết lập lại bề mặt truyền nhiệt nhờ đó quá trình truyền nhiệt xảy ra tốt hơn.
Khi dòng nước đi vào và nhận nhiệt hóa hơi thì dòng hơi sẽ mang lượng nhiệt đáng kề để cung cấp nhiệt cho các quá trình khác (lên men và chưng cất) với nhiệt độ và áp suất hơi khoảng 150oC và 5at.
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phòng thí nghiệm Năng lượng sinh học đang vận hành ở quy mô pilot một quy trình công nghệ thiết thực đối với đời sống. Nếu quy trình này thuận lợi đưa vào công nghiệp sẽ giúp giải quyết được nhiều vấn đề: giảm sức ép đối với nhiên liệu hóa thạch: có được nhiên liệu sinh học mà không ảnh hưởng tới vấn đề an ninh lương thực, syngas thay thế cho gas, phế phẩm nông nghiệp được tận dụng mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn cho ngành nông nghiệp đồng thời giảm thiểu được vấn đề ô nhiễm môi trường do phế phẩm nông nghiệp.
Quy trình sản xuất ethanol từ rơm và trấu có ý nghĩa lớn đối với một nước có nền nông nghiệp lúa nước như Việt Nam. Hiểu được vai trò và ý nghĩa to lớn của quy trình trên, vì vậy Nhà Nước, các ban ngành Trung ương đến địa phương cần nhân rộng và phát triển mô hình sản ethanol từ rơm, rạ với quy mô lớn ra nhiều vùng trong cả nước, đặc biệt là những vùng nông thôn, góp phần vào sự nghiệp công nghiệp hóa nông thôn vừa tận dụng tối đa nguồn phế thải để tạo ra nhiên liệu cung cấp cho sản xuất vừa tạo ra nguồn nguyên liệu sạch bảo vệ môi trường. Để làm được điều đó nhà nước, các ban ngành và các nhà đầu tư phải cung cấp, hỗ trợ, trang bị các thiết bị hiện đại để cải tiến kỹ thuật máy móc góp phần tăng năng và hiệu suất cao cho sản phẩm đầu ra.