Hệ nhiệt phân mà chúng tôi sử dụng bao gồm 2 hệ : Hệ sử dụng dòng nước và hệ sử dụng khí nitơ.
Nhiệt phân rơm rạ là một quá trình phức tạp, có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nhiệt phân:
- Nhiệt độ nhiệt phân - Tốc độ gia nhiệt.
- Môi trường nhiệt phân và tốc độ dòng.
- Thời gian lưu
- Kích thước nguyên liệu.
- Xúc tác…
Trong khuôn khổ của luận văn, chúng tôi chỉ khảo sát một số yếu tố: nhiệt độ, tốc độ gia nhiệt, tốc độ dòng nitơ, tốc độ dòng hơi nước ảnh hưởng tới sự phân bố của sản phẩm.
Điều kiện của phản ứng nhiệt phân:
- Kích thước rơm rạ 0,04 – 0,85 mm.
- Khối lượng của rơm rạ 10g.
- Độ ẩm của rơm rạ là 10,5%.
- Thời gian duy trì nhiệt độ nhiệt phân là 30 phút.
Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
SV: Lương Thị Tuyết Nga GVHD: Đặng Tuyết Phương 39 - Sử dụng khí nitơ quét trước lúc nhiệt phân là 15 phút.
- Nhiệt độ làm lạnh là -100C.
3.2.1. ảnh hưởng của nhiệt độ.
Để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, ta thay đổi nhiệt độ từ 4000C- 6000C. Điều kiện của các thí nghiệm: tốc độ gia nhiệt 200C/phút, tốc độ dòng nitơ 10 ml/s.
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ.
38.43
35.25
33.3
29.47 29.74
43.42 48.35
45.56 43.83
42.78
21.91 27.1 21.14
20.92 18.79
0 10 20 30 40 50 60
400 450 500 550 600
Nhiệt độ nhiệt phân
% Sản phẩm
Sản phẩm rắn Sản phẩm lỏng Sản phẩm khí
Hình 3.5. Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân.
STT T0C Sản phẩm rắn Sản phẩm lỏng Sản phẩm khí
g % g % g %
1 400 3,8429 38,43 4,2777 42.78 1,8793 18,79 2 450 3,5253 35,25 4,3432 43,83 2,0916 20,92 3 500 3,3296 33,30 4,5564 45,56 2,1139 21,14 4 550 2,9739 29,74 4,3498 48,35 2,1911 21,91 5 600 2,9473 29,47 4,3424 43,42 2,7102 27,1
Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
SV: Lương Thị Tuyết Nga GVHD: Đặng Tuyết Phương 40 Qua bảng số liệu 3.5 và đồ thị 3.5 cho thấy: khi nhiệt độ tăng thì hiệu suất sản phẩm lỏng tăng và đạt giá trị cực đại tại 5500C với 48,35%, đến 6000C sản phảm lỏng giảm tới 43,42%. Nhiệt độ tăng 4000C–6000C thì hiệu suất sản phẩm khí tăng 18,79–27,1%, hiệu suất sản phấm rắn giảm từ 38,43–
29,47%
Giải thích:
Khi nhiệt độ tăng thì các phần khó biến đổi sẽ bị biến đổi thành sản phẩm lỏng, khí, hiệu suất than giảm. Khi nhiệt độ tăng thì các dao động nhiệt giữa các phân tử tăng làm cho quá trình cracking nhiệt xảy ra mạnh mẽ hơn.
Nhiệt độ tăng thì phản ứng thứ cấp càng tăng làm cho các phân tử khối trung bình bị bẻ gãy thành các phân tử nhỏ (tạo khí) làm cho hiệu suất khí tăng.
Tại 5500C phản ứng cracking thứ cấp xảy ra còn chậm, hầu hết các hợp chất hữu cơ trong rơm rạ đều bị bẻ gãy thành các phân tử trung bình làm cho hiệu suất sản phẩm lỏng đạt cực đại. Tại 6000C phản ứng cracking xảy ra mãnh liệt làm cho hiệu suất sản phẩm lỏng giảm, sản phẩm khí tăng.
Từ kết quả thực nghiệm cho thấy, nhiệt độ tối ưu của phản ứng nhiệt phân rơm rạ là 5500C.
3.2.2. ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt.
Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt được thực hiện ở: nhiệt độ tối ưu 5500C, tốc độ dòng nitơ 10 ml/s, thay đổi các tốc độ gia nhiệt khác nhau.
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tố độ gia nhiệt.
STT V0C/phút
Sản phẩm rắn Sản phẩm lỏng Sản phẩm khí
g % g % g %
1 5 3,0481 30,48 4,2365 42,37 2,7154 27,15
2 10 3,0081 30,08 4,4365 44,37 2,5554 25,55
3 15 2,9812 29,81 4,7335 47,34 2,2853 22,85
Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
SV: Lương Thị Tuyết Nga GVHD: Đặng Tuyết Phương 41
4 20 2,9739 29,74 4,385 43,85 2,1911 21,91
29.81 29.74
30.08 30.48
48.35 47.34
44.37 42.37
27.15 25.55
22.85 21.91
0 10 20 30 40 50 60
5 10 15 20
T ốc độ gia nhiệt
% Sản phẩm
Sản phẩm rắn Sản phẩm lỏng Sản phẩm khí
Hình 3.6. Đồ thị ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt.
Qua bảng 3.6 và hình 3.6 cho thấy khi tốc độ gia nhiệt tăng thì hiệu suất sản phẩm rắn giảm nhưng không đáng kể . Do ở 5500C thì hầu hết sản phẩm có khả năng biến đổi đã được chuyển hoá hết. Khi tăng tốc độ gia nhiệt thì sản phẩm lỏng có xu hướng tăng dần. Khi tốc độ gia nhiệt chậm thì xu hướng tạo ra CO2 và H2O. Chính vì vậy mà khi tăng tốc độ gia nhiệt sản phẩm lỏng tăng, sản phẩm khí giảm.
Từ kết quả thực nghiệm thấy rằng: phản ứng nhiệt phân nên thực hiện với tốc độ gia nhiệt nhanh, tốc độ gia nhiệt tối thiểu là 100C/phút.
3.2.3. ảnh hưởng của tốc độ dòng nitơ.
Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng N2 đến sự phân bố sản phẩm trong điều kiện: nhiệt độ 5500C, tốc độ gia nhiệt 200/phút, tốc độ dòng tăng từ 4-16 ml/phút.
Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
SV: Lương Thị Tuyết Nga GVHD: Đặng Tuyết Phương 42 Bảng 3.7 ảnh hưởng của tốc độ dòng nitơ.
STT VN2
(ml)
Sản phẩm rắn
Sản phẩm lỏng
Sản phẩm khí
g % g % g %
1 4 3,0482 30,48 4,4366 44,37 2,5154 25,15 2 10 2,974 29,74 4,7822 47,82 2,2438 22,44 3 16 3,0088 30,09 4,8158 48,16 2,1754 21,75
30.09 29.74
30.48
48.16 47.82
44.37
21.75 22.44
25.15
0 10 20 30 40 50 60
4 10 16
T ốc độ dòng Nitơ
% Sản phẩm
Sản phẩm rắn Sản phẩm lỏng Sản phẩm khí
Hình 3.7. Đồ thị ảnh hưởng của tốc độ dòng nitơ.
Từ bảng 3.7 và hình 3.7 nhận thấy rằng: Khi tăng tốc độ dòng nitơ 4- 16 ml/s thì hiệu suất sản phẩm rắn giảm nhưng không đáng kể, hiệu suất sản phẩm lỏng tăng từ 44,37% – 48,16%, hiệu suất sản phẩm khí giảm từ 25,15%
- 21,75%.
Kết quả này được giải thích như sau: Khi tốc độ dòng của nitơ tăng 4- 16 ml/s, thời gian lưu của khí nhiệt phân giảm từ 62–16s. Khi thời gian lưu của các khí giảm, phản ứng thứ cấp xảy ra càng chậm làm giảm khả năng tạo khí và tạo cốc làm hiệu suất sản phẩm khí và than giảm, hiệu suất dầu tăng.
Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
SV: Lương Thị Tuyết Nga GVHD: Đặng Tuyết Phương 43 So sánh giữa tốc độ dòng nitơ 10 ml/s và 16 ml/s dễ dàng nhận ra rằng các kết quả không khác nhau nhiều. Vì vậy, để giảm chi phí phản ứng nhiệt phân được thực hiện với tốc độ dòng là 10 ml/s.
3.2.4 ảnh hưởng của tốc độ hơi nước.
Phản ứng nhiệt phân sử dụng dòng hơi nước ở điều kiện: nhiệt độ 5500C, tốc độ gia nhiệt 200C/phút, tốc độ dòng hơi nước tăng từ 35–75 ml/s.
Kết quả quá trình khảo sát thể hiện ở bảng 3.8 và hình 3.8.
Bảng 3.8. ảnh hưởng của hơi nước.
STT
VH2O
(ml)/s
Sản phẩm rắn
Sản phẩm lỏng
Sản phẩm khí
g % g % g %
1 35 2,805 28,05 4,6882 46,88 2,5068 25,07 2 50 2,7982 27,98 5,069 50,69 2,1328 21,33 3 75 2,6872 26,87 5,213 52,13 2,0998 21,00
28.05 27.98 26.87
52.13 46.88
50.69
25.07
21.33 21
0 10 20 30 40 50 60
35 50 75
T ốc độ hơi n- ớ c
% Sản phẩm
Sản phẩm rắn Sản phẩm lỏng Sản phẩm khí
Hình 3.8 Đồ thị ảnh hưởng của dòng hơi nước
Từ bảng 3.8 và hình 3.8 thấy rằng khi tăng tốc độ dòng hơi nước từ 35- 75 ml/s hiệu suất than giảm 28,05% - 26,87%, hiệu suất dầu tăng 46,88%- 52,13%, hiệu suất khí giảm 25,07 - 21,00%.
Luận văn tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
SV: Lương Thị Tuyết Nga GVHD: Đặng Tuyết Phương 44 Kết quả này được giải thích như sau: Khi nhiệt phân với sự có mặt của hơi nước thì hơi nước có tác dụng lôi quấn sản phẩm ra ngoài, cung cấp nhiệt độ cho quá trình nhiệt phân và tham gia phản ứng với sản phẩm nhiệt phân.
Khi tăng nhiệt độ dòng hơi nước thì áp suất trong ống nhiệt phân cũng tăng lên. áp suất tăng lên làm động lực để lôi quấn sản phẩm nhiệt phân ra ngoài, làm giảm thời gian lưu của quá trình nhiệt phân. Thời gian lưu giảm làm cho phản ứng thứ cấp xảy ra chậm giảm sản phẩm khí và rắn, tăng sản phẩm lỏng.
Với tốc độ hơi nước 50 ml/s và 70 ml/s thì kết quả không có sự khác biệt lớn. Mặt khác tăng lượng hơi nước thì lượng mất mát nhiệt lớn sẽ khó khống chế nhiệt độ của lò nhiệt phân và tách nước khỏi sản phẩm khó khăn, tốn kém.Vì vậy, nhiệt phân chỉ nên thực hiện ở tốc độ dòng hơi nước là 50 ml/s.