Trong khuụn khổ nội dung của đề tài chỉ đi sõu đề cập đến thiết bị xử lý nhiệt của vỏ trấu chứ khụng đi sõu về thiết bị cấp nhiệt. Tuy nhiờn nguồn nhiệt đó sử dụng cho thiết bị xử lý nhiệt ở đõy được lấy từ lũ khớ húa sinh khốị Bởi vậy tỏc giả chỉ trỡnh bày sơ lược về nguyờn lý, bản chất của cụng nghệ khớ húa và cơ chế hỡnh thành cỏc phản ứng khớ húa để sinh nhiệt như sau đõỵ
Khớ sinh ra sau quỏ trỡnh khớ húa được hỡnh thành bằng cỏch cho đốt chỏy nhiờn liệu sinh khối trong điều kiện thiếu ụxy ở trong buồng đốt để chuyển đổi nguyờn liệu rắn thành trạng thỏi nhiờn liệu khớ gas cú thể chỏy được.
Ở đõy giải thớch sơ lược rằng, khớ húa là một phần quỏ trỡnh chỏy bỡnh thường và khớ tạo ra khi quỏ trỡnh chỏy khụng triệt để tạo thành (chỏy thiếu ụxy). Khớ húa được tạo thành trong buồng trong suốt thời gian xử lý nhiệt khụ được tạo thành và sự chuyển đổi của quỏ trỡnh sản phẩm khớ.
Sự khớ húa của nhiờn liệu cú thể hiểu rằng là quỏ trỡnh nhiệt chuyển đổi cỏcbon thể rắn với ụxy để tạo thành sản phẩm khớ chỏỵ Sự khớ húa thành cụng bởi sự cung cấp thiếu oxy/yếm khớ với hệ số khụng khớ thừa nhỏ hơn 1 (0 < λ <1).
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 28
Hỡnh 2.6. Nguyờn lý khớ húa cựng chiều
Nguồn: Nils Steinbrecher, Joachim Walter (2001), Steinbrecher (verschiedene Quellen)
Người ta cú thể quyết định trong cỏc phương phỏp khớ húa khỏc nhau sao cho tương ứng và phự hợp với yờu cầu cụ thể trong từng trường hợp. Sự quyết định được thụng qua trong việc lựa chọn thiết bị đối với từng phần quỏ trỡnh của khớ húa được chia ra 4 phần (4 vựng), hỡnh 2.14 trờn đõy lấy làm vớ dụ về nguyờn lý khớ húa cựng chiều (cựng dũng) sử dụng trong thớ nghiệm ở đề tài này, được giải thớch như sau:
Vựng làm khụ (ϑ≤ 200°C):
Ở vựng làm khụ này sẽ húa hơi lượng nước trong sinh khối để tỏch nước (làm bay hơi nước).
Thụng thường sinh khối núi chung, cỏc phụ phẩm nụng nghiệp núi riờng độ ẩm tự nhiờn thường cú độ ẩm dao động khoảng 10 – 30%. Sau khi được cấp vào lũ khớ húa được làm ấm lờn bởi nhiệt độ đến 200°C để làm bay hơi nước (tỏch nước), lượng nước đú được tỏch ra và một phần trong số đú tham gia quỏ trỡnh phản ứng tạo thành dịch lỏng (cỏc thành phần lỏng). Tuy nhiờn do cấu trỳc cấu tạo nờn vật liệu (nhiờn liệu) khỏc nhau đối với mỗi sinh khối, do đú mà quỏ trỡnh sẽ diễn tiến khỏc nhau trong tiến trỡnh làm khụ/tỏch nước khỏi nhiờn liệụ
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 29 Nhiờn liệu rắn được đưa vào ở đỉnh lũ khớ húa khụng cần sử dụng thiết bị nạp liệu phức tạp. Việc làm khụ nhiờn liệu sinh khối xảy ra trong vựng chứạ Hơi nước sẽ được chảy xuống dưới và thờm vào hơi nước trong vựng oxy hoỏ. Một phần hơi nước cú thể bị khử thành H2 theo như phương trỡnh sau:
C + H2O ⇔CO + H2 (2.1)
Vựng nhiệt phõn (ϑ≤ 200-500°C):
Trong vựng nhiệt phõn, nhiệt độ nằm trong khoảng 200 oC – 500 oC, tại nhiệt độ này nhiờn liệu sinh khối bắt đầu nhiệt phõn. Tại đõy cú cỏc phản ứng húa học để cỏc phõn tử lớn như: xenluloza, hemi-xenluloza, và lignin phõn nhỏ thành cỏc phõn tử trung bỡnh và cỏcbon (than) trong suốt quỏ trỡnh gia nhiệt của nhiờn liệu đầu vàọ Tiếp đú cỏc sản phẩm nhiệt phõn chảy xuống dưới tới vựng núng hơn của phần lũ phản ứng khớ. Một ớt trong số đú sẽ bị đốt chỏy trong vựng oxy hoỏ. Phần cũn lại sẽ phõn nhỏ thành cỏc phõn tử nhỏ hơn thậm chớ như cỏc phõn tử khớ H2, CH4, CO,… nếu chỳng duy trỡ trong “vựng núng“ đủ lõu (Nils
Steinbrecher, Joachim Walter, 2001).
Nếu thời gian nhiờn liệu sinh khối lưu trong “vựng núng“ quỏ ngắn hoặc nhiệt độ quỏ thấp, sau đú cỏc phõn tử kớch thước trung bỡnh thoỏt ra, sẽ ngưng tụ như muội dầu, bồ húng, nhựa đường (tar) ngay tại cỏc phần nhiệt độ thấp của lũ đốt khớ húa (Nils Steinbrecher, Joachim Walter, 2001).
Vựng ễxy húa (ϑ≤ 500-2000°C), thụng thường ≤ 700°C:
Vựng chỏy (oxy hoỏ) được hỡnh thành ở vị trớ mà khụng khớ (oxy) được cấp vào, cỏc phản ứng với oxy toả nhiệt ở mức độ caọ Kết quả là làm tăng nhiệt độ lờn đến 600oC -1000oC.
Trong vựng này cỏc bon trong nhiờn liệu sinh khối tham gia cỏc phản ứng với oxy cấp vào từ khụng khớ cấp (cấp giú), cỏc phương trỡnh phản ứng trong giai đoạn này như sau:
- Cỏc bon và ụxy tạo thành khớ cỏcbonic
C + O2 CO2 (2.2) - Cỏc bon và ụxy tạo thành cacbonmonoxid
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 30 - Hydro và oxy tạo thành hơi nước
H2 + 1/2O2 H2O (2.4)
Trong phương trỡnh (2.14) sẽ tạo thành nhiệt thụng qua nhiệt trị thấp của khớ CO tạo rạ
Vựng khử (ϑ≤ 500°C):
Vựng khử tạo ra sản phẩm khớ CO, H2, CH4 thụng qua cỏc phản ứng giữa cỏc bon trong nhiờn liệu sinh khối với CO2, H2O, và H2 tạo thành, cỏc phương trỡnh sau thể hiện rừ hơn về điều nàỵ
C + CO2 ↔ 2CO (2.5) C + H2O ↔ CO + H2 (2.6)
C + 2H2 ↔ (2.7)
Ta thấy sau giai đoạn ụxy húa, cỏc sản phẩm phản ứng (gas núng và than) dịch chuyển xuống dưới vào vựng khử. Trong vựng khử này nhiệt của gas và nhiờn liệu chuyển đổi thành năng lượng hoỏ học của gas sản sinh càng nhiều càng tốt. Sản phẩm cuối cựng của cỏc phản ứng hoỏ học diễn ra trong vựng khử là gas dễ chỏy mà cú thể sử dụng làm nhiờn liệu trong cỏc thiết bị đốt để lấy năng lượng nhiệt, và/hoặc sau khi tỏch bụi, làm lạnh tỏch nước thớch hợp cú thể sử dụng đối với cỏc động cơ đốt trong như đó nờu trờn đõỵ
Túm lược lại cỏc phương trỡnh diễn tả cỏc quỏ trỡnh phản ứng chớnh trong khớ húa sinh khối như sau:
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 31