IV. NHIÊN LIỆU SINH HỌC (BIOFUEL ) CÔNG NGHỆ VÀ ỨNG DỤNG
3. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp sản xuất nhiên liệu 4 Sản xuất biofuel
4.6. Sản xuất nhiên liệu qua con đường khí hóa
Sinh khối có thể chuyển hóa nhờ sử dụng công nghệ khí hóa. Bất kỳ loại sinh khối nào cũng có thể sử dụng làm nguyên liệu khí hóa, kể từ hỗn hợp xenlulo đến phụ phẩm và chất thải nông nghiệp (rơm, bã mía), cỏ, các phế phẩm của công nghiệp gỗ, các chất thải rắn đô thị, v.v… Quá trình khí hóa sinh khối cho ra sản phẩm là một hỗn hợp các loại khí, được gọi là khí tổng hợp - syngas.
Hàng loạt biofuel dạng lỏng sẽ được sản xuất nhờ quá trình tổng hợp loại khí này tùy theo từng điều kiện công nghệ.
Công nghệ khí hóa là quá trình oxy hóa từng phần sinh khối nhờ cách thức bổ sung dần ôxy từ không khí theo từng lượng vừa đủ.
Ôxy sẽ tác dụng với sinh khối ở nhiệt độ cao, khoảng 900oC. Trong trường hợp khí hóa trực tiếp, nhiệt cần thiết cho quá trình được tạo ra nhờ đốt một phần sinh khối được nạp vào lò khí hóa. Cả không khí (có thể lẫn oxy) được thổi vào lò khí hóa trực tiếp khi đó người ta đã dùng chính năng lượng nhiệt của một phần vật liệu khí hóa cho quá trình khí hóa. Nếu chỉ sử dụng ôxy thì syngas sinh ra sẽ không chứa nitơ. Tuy nhiên, việc tạo ra oxy cho quá trình này làm tăng năng lượng cần sử dụng, do đó tăng chi phí đầu tư. Quá trình khí hóa gián tiếp sử dụng một phần nhiệt từ sinh khối cháy hoặc nhiệt do từ bên ngoài lò cung
cấp. Một ưu điểm của quá trình khí hóa gián tiếp này là nó cũng sinh ra syngas không chứa nitơ mà không cần sử dụng oxy như quá trình khí hóa trực tiếp. Tuy nhiên, quá trình khí hóa gián tiếp phải trải qua nhiều bước và phức tạp hơn. Ngoài ra, nó tạo ra hai dòng khí cần phải khử, làm sạch.
Các kiểu lò thích hợp với quá trình khí hóa sinh khối hiện nay gồm có: lò khí hóa cố định; lò khí hóa tầng sôi và lò khí hóa dòng cuốn. Lò khí hóa cố định hoạt động ở nhiệt độ giữa 700 và 1200oC. Chúng được phân loại dựa theo hướng đi của luồng khí qua lò (ví dụ từ dưới lên, trên xuống, hoặc ngang qua) hoặc theo hướng dòng chất rắn và dòng khí (cùng chiều, ngược chiều hoặc chéo chiều). Lò phản ứng cùng chiều có ưu điểm là có thể cho sản phẩm syngas sạch (ngược lại với lò phản ứng khác chiều). Tuy nhiên lò phản ứng ngược chiều lại ít khắt khe đối với nguyên liệu sinh khối và có sức chứa rộng hơn. Lò phản ứng tầng sôi cho phép chứa hỗn hợp sinh khối với chất liệu nóng, ví dụ như cát nóng chẳng hạn, và phản ứng sẽ xảy ra trong toàn bộ dung tích lò. Nhiệt độ đồng nhất trong lò có thể được điều khiển thông qua việc thay đổi tỉ lệ không khí/ sinh khối. Lò tầng sôi "dễ tính" đối với sinh khối hơn là lò cố định, nhưng syngas sản phẩm luôn có hắc ín đi kèm (nhiều hơn so với lò khí hóa cố định cùng chiều) và cần phải khử bỏ. Lò khí hóa dòng cuốn hoạt động ở nhiệt độ rất cao (1500oC) và tạo ra syngas sạch không có tạp hắc ín. Tuy quá trình khí hóa khó điều khiển nhưng hiện tai lại đang được sử dụng rộng rãi nhất. Đây là kiểu lò thể tích lớn, nhiên liệu cung cấp cho hoạt động dễ điều chỉnh, có thể áp
chung đều hoạt động ở điều kiện áp suất gần áp suất thường và sử dụng không khí làm tác nhân khí hóa.
Syngas sản phẩm của quá trình khí hóa chủ yếu là hỗn hợp CO, CO2, H2, metan, nước và nitơ. Thành phần khí tổng hợp thay đổi thùy thuộc vào thành phần nguyên liệu sinh khối và điều kiện hoạt động. Các tạp chất trong syngas thu được có thể là các bụi than nhỏ, xỉ lò chứa clorua, lưu huỳnh, kim loại kiềm, hợp chất nitơ và hắc ín. Các tạp chất này có thể sẽ làm giảm tác dụng của chất xúc tác trong lò reforming khí, lò trung chuyển, lò tổng hợp và gây ra ăn mòn các bộ phận trao đổi nhiệt trong turbin khí. Hắc ín có thể gây tác hại cho hệ thống khí hóa. Các tạp chất có thể được khử bỏ nhờ sử dụng xyclon hoặc màng lọc gốm. Sau khi được làm sạch, syngas trải qua các bước khử CO2và reforming. Tùy theo mục đích sử dụng tiếp theo mà khí tổng hợp được điều chỉnh cho phù hợp.