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 cơng 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 nơng nghiệp (rơm, bã mía), cỏ, các phế phẩm của công nghiệp gỗ, các chất thải rắn đơ thị, v.v…
Q 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 cơng nghệ.
Cơng nghệ khí hóa là q trình oxy hóa từng phần sinh khối nhờ cách thức bổ sung dần ôxy từ khơng khí theo từng lượng vừa đủ.
Ơxy 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 lị khí hóa. Cả khơng khí (có thể lẫn oxy) được thổi vào lị khí hóa trực tiếp khi đó người ta đã dùng
chính năng lượng nhiệt của một phần vật liệu khí hóa cho q trình khí
hóa. Nếu chỉ sử dụng ơxy 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. Q trình khí hóa gián tiếp sử dụng một phần nhiệt từ sinh khối cháy hoặc nhiệt do từ bên ngồi lị cung
cấp. Một ưu điểm của q trình khí hóa gián tiếp này là nó cũng sinh ra syngas khơng chứa nitơ mà khơng cần sử dụng oxy như q trình khí hóa trực tiếp. Tuy nhiên, q trình khí hóa gián tiếp phải trải qua nhiều
bước và phức tạp hơn. Ngồi ra, nó tạo ra hai dịng khí cần phải khử,
làm sạch.
Các kiểu lị thích hợp với q trình khí hóa sinh khối hiện nay gồm có: lị khí hóa cố định; lị khí hóa tầng sơi và lị khí hóa dịng cuốn. Lị 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 lị (ví dụ từ dưới lên, trên xuống, hoặc ngang qua) hoặc theo hướng dòng chất rắn và dịng 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 tồn bộ dung tích
lị. Nhiệt độ đồng nhất trong lị có thể được điều khiển thơng qua việc
thay đổi tỉ lệ khơng khí/ sinh khối. Lị tầng sơi "dễ tính" đối với sinh
khối hơn là lị cố định, nhưng syngas sản phẩm ln có hắc ín đi kèm (nhiều hơn so với lị khí hóa cố định cùng chiều) và cần phải khử bỏ. Lị khí hóa dịng cuốn hoạt động ở nhiệt độ rất cao (1500oC) và tạo ra syngas sạch khơng có tạp hắc ín. Tuy q trình khí hóa khó điều khiển
nhưng hiện tai lại đang được sử dụng rộng rãi nhất. Đây là kiểu lị thể
tích lớn, nhiên liệu cung cấp cho hoạt động dễ điều chỉnh, có thể áp dụng tùy từng mức từ 1 đến vài trăm megawat. Các lị khí hóa nói
chung đều hoạt động ở điều kiện áp suất gần áp suất thường và sử dụng
khơng khí làm tác nhân khí hóa.
Syngas sản phẩm của q 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 lị reforming khí, lị 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 CO2 và reforming.
Tùy theo mục đích sử dụng tiếp theo mà khí tổng hợp được điều chỉnh cho phù hợp.