7. Điểm mới và đĩng gĩp của luận án
1.3 Tổng quan về thơng số cơng nghệ của hệ thống hĩa khí
1.3.4 Nhiệt độ hệ thống
Nhiệt độ của q trình hĩa khí cĩ ảnh hưởng tích cực đến hiệu suất và chất lượng khí tổng hợp [58]. Hĩa khí sinh khối ở nhiệt độ cao sẽ làm tăng lượng oxy tiêu thụ của quá trình và sẽ giảm tồn diện hiệu suất của quá trình. Vì vậy trong q trình hĩa khí ta luơn đảm bảo nhiệt độ trong buồng phản ứng khơng được vượt quá giá trị cho phép.
Chao Gai và cộng sự [44] đã nghiên cứu thực nghiệm nhiệt độ tại các vị trí trong buồng phản ứng của hệ thống hĩa khí kiểu dịng khí đi xuống: nhiệt độ tại vùng sấy; nhiệt độ tại vùng nhiệt phân; nhiệt độ tại vùng cháy và nhiệt độ tại vùng khử. Nhĩm tác giả chỉ ra rằng khi hệ số khơng khí cấp ER tăng từ 0,18 đến 0,41 thì nhiệt độ tại các vùng tăng, điều này cĩ thể kết luận là nhiệt độ tại các vị trí trong lị phản ứng tăng là do các phản ứng cháy tăng khi lượng khơng khí cấp nhiều hơn. Tuy nhiên, nhiệt trị của khí tổng hợp đạt cao nhất LHV = 5,39 MJ/Nm3 khi ER = 0,32 và nhiệt độ vùng khử khoảng 900oC.
Janajreh và Al Shrah [59] đã nghiên cứu mơ phỏng và thực nghiệm trên mơ hình hĩa khí kiểu dịng khí đi xuống với ER = 0,24. Nhiên liệu được sử dụng trong nghiên cứu là củi vụn với kích thước: dày 0,5 cm x rộng 1 – 2 cm x dài 2 – 2,5 cm. Kết quả nghiên cứu đã xác định được diễn biến nhiệt độ của từng vị trí trong buồng phản ứng, nhiệt độ vùng khử dao động xung quanh mức 800oC khi hệ thống hoạt động ổn định. Kết quả mơ phỏng đã cho thấy sự phân bố thành phần mole của CO và H2 tại các vị trí trong lị phản ứng, điều này giải đáp được việc hình thành khí tổng hợp trong lị phản ứng của mơ hình hĩa khí kiểu dịng khí đi xuống.
Xie và các cộng sự [60] nghiên cứu hĩa khí mạt cưa gỗ thơng ở nhiều mức nhiệt độ khác nhau trên hệ thống hĩa khí tầng sơi sử dụng Niken làm chất xúc tác. Kết quả thu được khí tổng hợp với một năng suất tối đa 3,29 Nm3/kg sinh khối ở 850oC, trong đĩ thành phần
khí CO và H2 chiếm khoảng 2,8 Nm3/kg sinh khối. Nhĩm tác giả kết luận nhiệt độ là một trong những thơng số quan trọng ảnh hưởng đến thành phần khí tổng hợp.
Michel Rudy và cộng sự [61] đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ từ (815-880oC) đến sản lượng và các thành phần của khí tổng hợp và các loại hắc ín của hệ thống hĩa khí tầng sơi sử dụng sắt magiê silicat (Mg,Fe)2SiO4 làm chất xúc tác. Kết quả nghiên cứu cho thấy sản lượng của hắc ín, than, thành phần CO, CO2 và CH4 giảm khi nhiệt độ giảm, trong khi đĩ H2 tăng. Tại 880oC, thành phần CO là 24,35% và H2 là 45,89%.
Zhao và cộng sự [62] thực nghiệm hĩa khí trấu trên thiết bị hĩa khí kiểu ngang dịng với nhiệt độ từ 700 – 1000oC, kết quả thu được trình bày như sau:
Bảng 1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến thành phần khí tổng hợp
Nhiên liệu Trấu
Lưu lượng cấp liệu (g/min) 10 10 10 10
Lưu lượng khơng khí cấp (L/min) 9.5 9.5 9.5 9.5
Lượng khí sinh ra (L/min) 41 41 41 41
Nhiệt độ oC 700 800 900 1000 H2/CO 0.26 0.28 0.48 0.65 H2/CO2 0.46 0.41 0.55 0.84 CO/CO2 1.79 1.46 1.16 1.3 Nhiệt trị (MJ/Nm3) 4.00 3.72 3.63 4.36 Lượng khí tạo thành (Nm3/kg) 1.22 1.22 1.27 1.45
Tỷ lệ chuyển đổi Carbon (%) 60.66 59.69 60.4 74.88
Hiệu suất khí lạnh (%) 35.88 33.25 33.6 46.17
Khi nhiệt độ tăng từ 700oC đến 900oC thì hàm lượng khí CO giảm, trong khi đĩ hàm lượng khí CO2 và H2 tăng. Điều này cĩ nghĩa là phản ứng nước – khí giữa CO và H2O chiếm ưu thế hơn, hay chúng ta cĩ thể dễ dàng nhận thấy (Bảng 1.2) tỷ lệ H2/CO tăng và tỉ lệ CO/CO2 giảm khi nhiệt độ tăng. Tuy nhiên, khi nhiệt độ hơn 900oC thì hàm lượng khí CO và H2 tăng vượt bậc, trong khi đĩ hàm lượng khí CO2 rất ít.