Từ các phân tích ưu nhược điểm của các kiểu lò thường được sử dụng cho công nghệ nhiệt phân nhanh trong chương tổng quan, tác giả lựa chọn công nghệ nhiệt phân nhanh trong lò tầng sôi để xây dựng mô hình thực nghiệm
Hiện nay, các mô hình nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng nhiệt phân nhanh sinh khối trong lò tầng sôi trên thế giới thường có năng suất nguyên liệu cấp từ 60 ÷
1000 g/h [9], [53], [54] Để thuận lợi cho việc so sánh kết quả nghiên cứu thực nghiệm của luận án này tác giả lựa chọn năng suất của hệ thống nghiên cứu thực nghiệm là 500 g/h và được lắp đặt tại khoa Công nghệ Nhiệt Điện lạnh, trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng, sơ đồ nguyên lý được thể hiện trên hình 3 1 Hệ thống hoạt động liên tục, nguyên liệu cấp vào lò phản ứng bằng vít tải và được điều khiển bằng biến tần Nguồn nhiệt chính cấp cho quá trình nhiệt phân từ các thanh điện trở đặt xung quanh buồng gia nhiệt và nguồn nhiệt phụ hỗ trợ từ 2 thanh điện trở đặt dọc theo lò phản ứng Nhiệt độ phản ứng được điều khiển bởi các rơ le nhiệt độ, các cảm biến nhiệt độ đặt dọc theo lò phản ứng Vật liệu lớp sôi là cát có đường kính trung bình 0,8 mm, chiều cao lớp tĩnh 60 mm Các thông số lưu lượng và áp suất khí nitơ cấp vào lò phản ứng được kiểm soát bằng các van điều khiển Thiết bị tách chất rắn
ra khỏi hỗn hợp sản phẩm nhiệt phân theo kiểu cyclone Thiết bị ngưng tụ theo kiểu bề mặt và kiểu ma sát, giải nhiệt bằng nước lạnh Trong quá trình vận hành, axeton được phun định kỳ vào bình ngưng nhằm hạn chế dầu bám vào vách ống trao đổi nhiệt
P2
P1
Hình 3 1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống nhiệt phân nhanh sinh khối trong lò tầng sôi sản suất dầu sinh học
1: Bình cấp khí nitơ; 2: Áp kế; 3: Lưu lượng kế; 4: Bộ gia nhiệt; 5: Vít tải liệu; 6:Bình chứa liệu; 7: Phễu cấp liệu; 8: Bộ gia nhiệt phụ; 9: Buồng phản ứng; 10: Ống phun; 11: Sensor nhiệt độ; 12: Sensor áp suất; 13 Lớp cách nhiệt; 14: Cyclone, 15: Nước giải nhiệt; 16: Bình ngưng kiểu bề mặt, 17: Bình ngưng kiểu ma sát
Các thông số làm việc của hệ thống: Năng suất nguyên liệu cấp 500 g/h, công
suất điện sử dụng cho hệ thống 1,5 kW; nhiệt độ lò phản ứng từ 450 đến 525 oC, nhiệt độ sản phẩm khí ra khỏi buồng phản ứng từ 380 đến 430 oC, nhiệt độ khí không ngưng thoát ra khỏi bình ngưng từ 15 đến 25 oC, áp suất trong buồng phản ứng 1,4 bar
Nguyên lý hoạt động của hệ thống: Nguyên liệu sinh khối (bã mía, bột gỗ)
và cấp vào lò nhiệt phân (9) bằng vít tải (5) Khí nitơ được dẫn vào buồng gia nhiệt và được gia nhiệt đến nhiệt độ yêu cầu cho mỗi thí nghiệm (từ 450 đến 525 oC) và cấp vào lò phản ứng thông qua các ống phun (10) Vận tốc khí nitơ được điều chỉnh theo giá trị tính toán để lớp cát và nguyên liệu sinh khối duy trì ở trạng thái lớp sôi Nhiệt độ bên trong lò được duy trì ở nhờ thanh điện trở phụ Sinh khối cấp vào bên trong lò tạo lớp sôi được nhận nhiệt từ môi trường khí nitơ và lớp cát sôi phân hủy thành hỗn hợp các chất khí và chất rắn Các chất rắn được thu lại trong cyclone (13), hỗn hợp khí dẫn vào thiết bị ngưng tụ (15, 16) truyền nhiệt cho môi trường làm mát ngưng tụ thành dầu sinh học; còn lại một số khí không ngưng tụ được thoát ra ngoài
Như vậy, từ nguyên lý làm việc của hệ thống nhiệt phân sinh khối trong lò tầng sôi cho thấy để xây dựng được mô hình thực nghiệm cần phải xác định các thông số khí động lực học của khí nitơ cấp cho lò phản ứng để tạo được lớp sôi, tính toán thiết kế lò phản ứng đảm bảo điều kiện thời gian lưu các sản phẩm của quá trình nhiệt phân trong lò phải nhỏ hơn 2 s (đây là điều kiện để hiệu quả thu hồi dầu sinh học cao nhất), tính toán công suất nhiệt cung cấp cho quá trình nhiệt phân Ngoài ra, tính toán thiết kế các thiết bị như cyclone, bình ngưng phù hợp cho các sản phẩm của quá trình nhiệt phân nhanh
3 2 Xác đị nh loạ i nguyên li ệ u và các thông số s ử dụng cho vi ệ c mô phỏ ng, tính toán thi ế t kế