a. Mục đích
So sánh tác nhân H2O và môi trường N2 để chọn thông số thích hợp cho ứng dụng thực tế. Kết quả của khảo sát tác nhân hơi nước lấy từ một khảo sát tương tự ở cùng một đề tài nghiên cứu song song nhưng ở đây ta thay N2 bằng hơi nước.
Bảng 4.5: Kết quả khảo sát tác nhân hơi nước tại 900oC [7, tr.70]
Lượng nước sử
dụng, ml mtrấu, g mhơi nước, g mngưng tụ, g mrắn, g mkhí, g
300 300 300 294 70 236
350 300 350 304 62 284
400 300 400 354 60 286
b. So sánh
So sánh lượng khí sinh ra và lượng rắn tạo thành khi sử dụng môi trường N2 với lượng khí sinh ra và lượng rắn tạo thành khi sử dụng tác nhân hơi nước ở cùng 900oC qua các lưu lượng là 300, 350, 400 ml.
Bảng 4.6: Kết quả khảo sát môi trường N2 và tác nhân hơi nước
mkhí, g mrắn, g Môi trường N2 156.33 93.67 Hơi nước 300 ml 236 70 350 ml 284 62 400 ml 286 60 0 50 100 150 200 250 300 350 Khối
lượng, g N2Hơi nước
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 72 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Biểu đồ 4.1 So sánh khối lượng khí giữa môi trường N2 và tác nhân hơi nước
Biểu đồ 4.2 So sánh khối lượng rắn giữa môi trường N2 và tác nhân hơi nước
Hình 4.2: Ngọn lửa trong khảo sát tác nhân hơi nước (trái) và môi trường khí N2
Hình 4.3: Tro trong khảo sát tác nhân hơi nước(trái) và môi trường khí N2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Khối lư ợng, g 300 N2 Hơi nước 350 400
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 73 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
a b c
Hình 4.4: Lượng nước ban đầu (a), lượng ngưng tụ bằng tác nhân nước (b), lượng ngưng tụ trong môi trường khí N2 (c)
c. Nhận xét và giải thích
Dựa vào “biểu đồ 4.1” ta thấy rằng lượng khí khi sử dụng môi trường Nitơ thấp hơn nhiều so với lượng khí sinh ra khi sử dụng tác nhân hơi nước ở các lưu lượng, cụ thể là thấp hơn 50% so với lưu lượng 300 ml (156g so với 236g), và thấp hơn 80% so với lưu lượng 350, 400ml (156g so với 284, 286g). Dựa vào “biểu đồ 4.2” ta cũng thấy rằng lượng rắn khi sử dụng Nitơ cao hơn rất nhiều so với lượng rắn khi sử dụng tác nhân nước, cụ thể cao hơn khoảng 32% (93g so với 70g) so với lưu lượng 300 ml và cao hơn 55% (93g so với 60g) so với lưu lượng 350, 400 ml. Điều này có thể giải thích rằng khi sử dụng tác nhân hơi nước thì hơi nước sẽ tác dụng với lượng cacbon trong lớp than nóng dẫn đến khối lượng của rắn sẽ giảm xuống và khối lượng của khí sẽ tăng lên. Trong khi đó, Nitơ chỉ là khí trơ nên không phản ứng với thành phần C có trong nhiên liệu nên hiệu suất khí của việc khảo sát trong môi trường N2 thấp hơn so với việc khảo sát bằng hơi nước.
C + H2O CO + H2 – Q1 C + 2H2O CO2 + 2H2 – Q2
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 74 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Quan sát “hình ảnh 4.2” cho thấy ngọn lửa trong tác nhân hơi nước có ngọn lửa mạnh và vàng, trong khi đó ngọn lửa môi trường N2 yếu hơn và có màu đỏ xanh. Với màu ngọn lửa càng sẫm, bước sóng càng ngắn, năng lượng giải phóng càng cao, nhiệt độ càng nóng. Từ đó cho thấy mặc dù tác nhân hơi nước cho lượng CO nhiều hơn nhưng cũng làm cho ngọn lửa có nhiệt trị thấp hơn do một phần lượng hơi nước lẫn trong khí làm giảm nhiệt trị của lửa dẫn đến ngọn lửa trong khảo sát hơi nước có màu vàng.
Quan sát “hình 4.3” cho thấy lượng rắn khi khảo sát tác nhân hơi nước sẽ có màu bạc hơn so với môi trường N2. Nguyên nhân do khả năng phản ứng khi sử dụng tác nhân hơi nước với lớp than nóng dẫn đến sự chuyển hóa của than tăng lên, làm giảm khối lượng của than. Phần còn lại không chuyển hóa hết là tro có màu bạc. Trong “hình 4.3” trên thì phần rắn của khảo sát với tác nhân hơi nước có màu bạc hơn là do sự chuyển hóa của than tạo thành tro trong khảo sát hơi nước cao sơn so với khi sử dụng môi trường N2.
“Hình 4.4” cho thấy màu lượng ngưng tụ của tác nhân hơi nước nhạt hơn màu khảo sát môi trường N2 là do khi khảo sát tác nhân nước, độ ẩm bên trong thiết bị tăng làm cho các thành phần hữu cơ trong đó có hắc ín bị giữ lại bên trong, hắc ín cũng vì vậy sẽ được nhiệt phân tiếp dẫn đến lượng hắc ín đi ra ngoài theo không khí sẽ giảm nên bình nước đựng sản phẩm ngưng tụ sẽ nhạt hơn. Trong khi đó, tại môi trường N2, lượng hắc ín sẽ đi trực tiếp ra ngoài làm cho bình nước chứa lượng ngưng tụ đục hơn.
Như vậy, qua khảo sát thực nghiệm, ta có thể thấy rằng việc sử dụng tác nhân hơi nước tại nhiệt độ 900oC sẽ có hiệu quả hơn rất nhiều so với việc không sử dụng tác nhân, việc sử dụng tác nhân hơi nước có thể ứng dụng được vào thực tiễn để cải thiện hệ thống khí hóa để tăng khối lượng khí thu được và giảm khối lượng hắc ín. Tuy nhiên, cần lưu ý là thiết bị trao đổi nhiệt cần phải tốt để tránh hơi nước bay theo khí làm giảm chất lượng khí. Đồng thời thiết bị chứa lượng ngưng tụ phải lớn và chịu được độ ăn mòn của axit (CH3COOH) trong nhựa - hắc ín.
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 75 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận
Qua thời gian nghiên cứu đề tài Nghiên cứu cải thiện hệ thống khí hóa thu hồi năng lượng từ nguyên liệu trấu kiểu Updraft thông qua sự khảo sát tối ưu các tác nhân khí hóa “Gasification agent”cùng với sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS. Huỳnh Quyền, đến nay đề tài này đã thực hiện được những việc sau:
- Đã tính toán thiết kế hệ thống khí hóa kiểu pilot với lượng trấu khoảng 6kg, bản thiết kế cũng có khả năng sử dụng được xúc tác.
- Đã khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khí hóa như N2, hơi nước, nhiệt độ.
- Dựa vào khảo sát đã chọn điều kiện thích hợp nhất để ứng dụng vào thực tiễn chính là tác nhânhơi nước ở nhiệt độ 900oC.
- Tiếp thu được một số kiến thức mới về công nghệ, thực trạng đề tài tại Việt Nam cũng như trên thế giới.
- Có được thêm nhiều kinh nghiệm từ tính toán, thiết kế và qua việc khảo sát thực nghiệm nâng cao được kinh nghiệm thực tế.
Tuy nhiên do thời gian có hạn và kinh nghiệm thực tế chưa có nhiều nên trong đề này chúng em vẫn còn hạn chế một số việc như chưa khảo sát nhiều tác nhân khác như CO2, H2 và các xúc tác, các điều kiện như tốc độ gia nhiệt phản ứng, áp suất, lưu lượng, một số thông số dùng để tính toán, thiết kế chưa được kiểm tra bằng thực nghiệm. Ngoài ra, bản thiết kế chỉ dừng lại ở bước tính toán lượng khí, chưa đi sâu vào việc phân tích thành phần trong lượng khí thu được.
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 76 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
2. Kiến nghị
Em xin được kiến nghị Trung tâm Công nghệ Lọc Hóa dầu trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh và nhà trường dựa trên bản thiết kế này để chế tạo mô hình và tiến hành các bước khảo nghiệm để hoàn thiện bản thiết kế. Đồng thời nghiên cứu cải tiến hơn như:
- Tích hợp các thiết bị đo lường và điều để thu được số liệu chính xác nhất.
- Thêm các thiết bị phụ như thiết bị rửa Gas, tách bụi bẩn...nhằm cho chất lượng Gas tốt có thể phục vụ cho các nhu cầu khác.
- Tiến hành thí nghiệm trên nhiều loại tác nhân và xúc tác với các điều kiện khác nhau.
- Tính toán hiệu quả kinh tế trong việc sử dụng các tác nhân và xúc tác.
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 77 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]: Trần Quang Huy (2011). Thiết kế hệ thống thiết bị khí hóa sinh khối năng suất nhỏ, Đồ án tốt nghiệp, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
[2]: Nguyễn Quang Khải (2010). Những vấn đề phát triển năng lượng sinh khối của Việt Nam, Báo cáo tại Hội thảo Phát triển năng lượng bền vững ở Việt Nam, Trung tâm Năng lượng và Môi trường, TP. Hồ Chí Minh
[3]: TS. Huỳnh Bá Lân (2008). Bảng tra cứu Quá trình cơ học truyền nhiệt - truyền khối, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh
[4]: PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc (2010). Cơ sở thiết kế máy, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
[5]: Phạm Hữu Tâm (2013). Nghiên cứu quá trình đốt sinh khối từ trấu làm nhiên liệu đốt qui mô công nghiệp, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Đà Nẵng.
[6]: Huỳnh Minh Sang, Lê Xuân Thịnh (2010). Tínhtoán thiết kế hệ thống khí hóa trấu, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp sinh viên, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.
[7]: Phạm Trường Vũ (2014). Nghiên cứu cải thiện hệ thống khí hóa thu hồi năng lượng từ nguyên liệu trấu kiểu Updraft thông qua sự khảo sát tối ưu các tác nhân khí hóa “Gasification agent”, Đề tài đồ án tốt nghiệp, Trường ĐH Bà rịa - Vũng Tàu, Vũng Tàu
[8]: TS Trần Xoa, PGS. TS Nguyễn Trọng Khuông (2006). Số tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1,2, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội
[9]: Belonio, A. T. (2005). Rice Husk Gas Stove Handbook, Appropriate Technology Center. Department of Agricultural Engineering and Environmental Management, College of Agriculture, Central Philippine University, Iloilo City, Philippines
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 78 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
[10]: Prof.M.K.Chopra, Shrikant Ulhas Chaudhari (2012). Performance of Biomass gasifier using wood, International Journal of Advanced Engineering Research and Studies, E-ISSN2249–8974, pp 204-206
[11]: Isaac Lockman, Marc Par´e, Jordan Edwards (2010). Design of a Rice Husk Gasification Cook Stove for Rural Nicaragua, Georgia Institute of Technology
[12]: Handbook of Biomass Downdraft Gasifier Engine Systems, 1988
[13]: Anil K. Rajvanshi (1986). Biomas Gasification, Nimbkar Agricultural
Research Institute, PHALTAN-415523, Maharashtra, India
[14]: J. J. RAMÍREZ ; J.D. MARTÍNEZ and S.L. PETRO (2007). Basic Design of
A fluidized bed Gasifier for Rice husk on a Pilot scale, Latin American
Applied Research, CP: 6122 - CEP: 13083-970. Campinas/SP Brasil.
[15]: Arthur Mc Carty James Rivas (2008). The effect of biomass, operating conditions, and gasifier design on the performance of an updraft biomass gasifier, B.A., Universidad Tecnológica de Panamá.
[16]: Nguyễn Quốc. Thiết kế phân xưởng Cracking nhiệt, (06/2014)
http://www.zbook.vn/ebook/thiet-ke-phan-xuong-cracking-nhiet-27326/ [17]: Phạm Hoàng Vũ. Sinh khối ở Việt Nam (04/2014)
http://vi.scribd.com/doc/95622605/Sinh-kh%E1%BB%91i-%E1%BB%9F- Vi%E1%BB%87t-Nam
[18]: Jan Fjellerup, Jesper Ahrenfeldt. Formation, Decomposition and Cracking of Biomass Tars in Gasification,
(05/2014)http://orbit.dtu.dk/fedora/objects/orbit:80038/datastreams/file_3220 398/content