BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than LỜI NÓI ĐẦU  Lý chọn đề tài Năng lượng kỹ XXI vấn đề nóng hổi toàn cầu Khi nguồn nhiên liệu dầu khí đốt dự báo cạn kiệt vòng 50 đến 60 năm tới, dẫn đến giá dầu, khí ngày tăng cao làm cho nhiều ngành sản xuất phụ thuộc nhiều vào nguồn nhiên liệu phải lao đao đặc biệt quốc gia nhập dầu, khí Các nguồn lượng tái tạo : lượng mặt trời, lượng gió, địa nhiệt, lượng biển… năm gần người ta nghiên cứu ứng dụng nhiều, hiệu suất thiết bị thấp, chưa thể đáp ứng nhu cầu sử dụng lượng Trong nguồn nhiên liệu hoá thạch than đá với trữ lượng lớn phân bố rộng khắp toàn cầu Vì vậy, để giải vấn đề lượng vài trăm năm tới việc sử dụng than đá vẩn giải pháp có ưu Nhưng vấn đề nguồn nhiên liệu sử dụng theo lối truyền thống phát thải lớn điều thời đại ngày Trong năm gần đây, người ta ứng dụng nhiều phương pháp đốt chuyển nhiên liệu than thành dạng nhiên liệu khác có hiệu quả, giảm thiểu nguồn khí thải gây ô nhiểm môi trường, chuyển than đá thành nhiên liệu lỏng, rửa than đặc biệt khí hoá than đá Khí hoá than đá phương pháp để chuyển than đá thành khí đốt dùng làm nguyên liệu tổng hợp hóa chất Phương pháp ứng dụng nhiều năm gần đầy Trang1 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than Đặc biệt Việt Nam với việc phát mỏ than lòng đồng Sông Hồng với trữ lượng lớn gần 210 tỉ nguồn tài nguyên khổng lồ cho ngành lượng ngành công nghiệp khác.Tuy nhiên điều khó khăn mỏ than nằm sâu lòng đất có cấu tạo địa chất không ổn định, lớp đất đá vách trụ mềm nên khai thác theo phương pháp thông thường hầm lò lộ thiên Vì việc thăm dò địa chất bổ sung nghiên cứu công nghệ phục vụ phát triển bể than đồng Sông Hồng trọng tâm hoạt động công ty lượng Sông Hồng (SHE) SHE chủ động triển khai hợp tác nghiên cứu, chuyển giao công nghệ hóa khí than ngầm (UCG) với đối tác Trung Quốc, NhậtÚc, Mỹ Chính cần phải nghiên cứu ứng dụng làm chủ công nghệ cho việc khai thác bể than đồng Sông Hồng cách có hiệu tiềm vô to lớn với nước ta Đảm bảo chiến lược an ninh lượng đất nước Nhận thức vấn đề, thân định sâu vào lĩnh vực với mục đích tìm hiểu rõ công nghệ hóa khí than khả ứng dụng công nghệ Việt Nam Trang2 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than  Ý nghĩa thực tiễn Đề tài rõ hiệu việc sử dụng hóa khí than để chuyển than đá thành nhiên liệu khí, nhằm sử dụng hiệu nguồn than đá dồi mà không gây ô nhiễm môi trường lớn việc đốt than trực tiếp lợi ích kinh tế mà mang lại Qua giúp thấy tầm quan trọng công nghệ hóa khí than trình phát triển quốc gia nói chung Việt Nam nói riêng Trang3 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HÓA KHÍ THAN 1.1 Lịch sử phát triển ngành khí hóa than 1.1.1.Khí hoá than giới Công nghệ hoá khí than công nghệ sản xuất khí đốt, oxy hoá khối hữu than không hoàn toàn Công nghệ hoá khí than có lịch sử lâu đời trải qua thời kì phát triển suy giảm Khí đốt từ than thu lần vào năm 1792 Merdok nước Anh, lúc khí đốt xem sản phẩm kèm sản xuất "dầu trong" từ than Vào năm 50 kỷ XIX, có nhà máy sản xuất khí từ than thành phố lớn vừa nước châu Âu bắc Mỹ vào hoạt động để cung cấp khí đốt cho dân thành phố dùng cho mục đích sưởi ấm, sinh hoạt chiếu sáng Lúc này, thời kỳ "thế kỷ vàng" công nghệ hoá khí than Đến đầu năm 1960, khai thác dầu mỏ cận đông tây Xibir với giá rẻ khí sản xuất từ than, làm cho ngành công nghiệp hoá khí than gần bị loại bỏ, lại vùng hoi nhà máy hoá khí than Nam Phi vùng bị cấm mua dầu mỏ vùng trở thành vùng công nghiệp hoá khí than giới tồn dầu mỏ Nhưng đến năm 1972, "khủng hoảng lượng giới bùng nổ", giá dầu mỏ tăng vọt từ -7 USD/thùng lên 24USD/ thùng Cuộc khủng hoảng lần mang đến cho giới học quan trọng tài nguyên lượng, hạn chế trữ lượng phân bố không đồng nguyên liệu cacbua hydro khả cạn kiệt chúng Trong trữ lượng khoáng sản rắn cháy loại than, đá phiến chứa dầu, cát bitum… lại phân bố đồng đều, trữ lượng phong phú với thời gian cạn kiệt chúng đánh giá tới nhiều trăm năm Chính khủng hoảng Trang4 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than có tác dụng lớn, làm cho ý thức tiết kiệm lượng loài người nâng cao thêm Sau khủng hoảng đó, nước có nhiều than, than dầu mỏ bắt đầu phát triển công nghệ chế biến than từ đống than cũ lưu lại từ trước theo công nghệ hoá khí than Trong thời kỳ 1970-1980, nhà khoa học dự đoán than trở lại thời kỳ thứ hai "thế kỷ vàng" khả cạn kiệt dầu mỏ không xa Chính dự đoán dấy lên công trình nghiên cứu trình công nghệ chế biến than Những công trình nghiên cứu thu sản phẩm nhiên liệu lỏng từ than phương pháp trực tiếp gián tiếp nước Mỹ, Đức, Anh, Nhật Bản, Liên Xô cũ …đã bắt đầu xây dựng chương trình công nghệ chế biến than qui mô nhà nước Đã có hàng trăm hãng có tên tuổi giới tham gia trực tiếp vào lĩnh vực này.Tính đến năm 1980, có hàng chục loại thiết bị xưởng hướng dẫn chế biến than theo công nghệ hoá khí, hoá lỏng nhiệt phân đời Hóa khí than phát triển mạnh mẽ vào năm 1990 để sản xuất lượng phương pháp sử dụng chu kỳ nhị phân gồm khí cháy sử dụng cho tuốc bin khí, lại sản phẩm đốt sử dụng cho tuốc bin Nhà máy điện có qui mô thương mại khí hoá chu kỳ Cool water bang California Mỹ với công suất 100 MW (60 than/giờ) xây dựng từ năm 1983 Nhà máy sử dụng máy sinh khí Texaco cấp nhiên liệu dạng huyền phù than Đến năm 1993, có tới 18 nhà máy điện hoạt động theo phương pháp hoá khí chu kỳ sử dụng nhiên liệu rắn với công suất nhà máy từ 60300MW nước giới đưa vào sử dụng Tổng công suất thiết bị hoá khí than giới đến năm 1995 lên tới 30000 MW.h đến năm 2002 gần 50000 MW.h, dự đoán năm 2004 lên đến 60000 MW.h Trang5 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than Công nghệ hoá khí than giới phát triển cách nhanh chóng, xu hướng chung theo phương pháp hoá khí than chu kỳ phương pháp đảm bảo tính an toàn cho sinh thái,do khí than làm sơ bộ, lượng chất khí có hại như: SO2, NOx… hạt bụi rắn giảm bớt Ngoài ra, hoá khí than sử dụng chu kỳ nhị phân nên hệ số có ích nhà máy điện tăng lên, nhờ mà giảm tiêu hao nhiệt riêng Nhà máy điện hoá khí than chu kỳ với nhiên liệu rắn lại có giới hạn chất ô nhiễm thấp Vì vậy, nay, hoá khí than chu kỳ xem hướng phát triển có triển vọng ngành lượng Từ năm 1970 đến nay, nước giới sản xuất loại lò sinh khí để hoá khí than có công suất tính theo than 100 tấn/giờ qui mô công nghiệp, là: - Lò sinh khí hoá khí than theo lớp Tổng số lò sản xuất 930 lò, có 160 lò sinh khí kiểu "Lurgi" - Lò sinh khí tầng sôi kiểu Vinklera Tổng số lò sản xuất 40lò - Lò sinh khí than cám kiểu Kopperxa-Totxeka Tổng số lò đưa vào sử dụng 50 lò Đức nước có công lớn nghiên cứu phát triển công nghệ chế biến than, có công nghệ hoá khí than Nghiên cứu phân tích công trình công nghệ hoá khí than cho thấy, lò sinh khí có triển vọng loại lò sinh khí thực nguyên lý công nghệ sau: - Sử dụng lò phản ứng nhiệt tự động tầng - Sử dụng nhiên liệu có độ hạt bé, thường từ 100 micron trở xuống - Sử dụng áp suất cao, thường MPa Kinh nghiệm cho thấy, tăng áp suất lên cao không đạt hiệu quả, đồng thời dẫn đến làm cho cấu tạo lò thêm phức tạp giảm độ tin cậy Trang6 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than Nhiệt độ hoá khí khoảng 1500 ÷22000C thích hợp nhất, với nhiệt độ đảm bảo độ bền vật liệu chế tạo đủ để xỉ lỏng tách Lò sinh khí để hoá khí than cám loại lò có công suất dự trữ lớn, kồng kềnh đơn giản chế tạo Nhưng loại lò có nhược điểm hệ số tác dụng có ích hoá khí thấp, thường đạt khoảng 70-72%, lò khác đạt tới 80% Để khắc phục nhược điểm này, có nhiều quan nghiên cứu nhiều nước tiến hành theo hướng khác nhau, có Đức nghiên cứu hạ nhiệt độ đưa vào thiết bị xuống 1000 ÷11000 C, Pháp nghiên cứu hạn chế nhiệt độ làm mềm xỉ hoá không nâng hệ số tác dụng có ích hoá khí than Trong thời kỳ 1990-1992, Viện Katekhii than Nga nghiên cứu lò sinh khí kiểu đạt hệ số tác dụng có ích hoá khí than lên tới 77 ÷ 80 %, đảm bảo suất thiết bị không bị giảm xuống, lò sinh khí "Katek" Lò sinh khí "Katek" loại bỏ giải pháp cổ truyền bảo vệ thành lò không bị xỉ bám Lò phản ứng thực dạng ngăn, ngăn có vỏ bọc sinh hàn nước vào thiết bị theo phương tiếp tuyến để bảo vệ thành lò Hạt xỉ nóng chảy rơi vào lớp ranh giới cạnh thành lò phản ứng làm nguội nhiệt độ nhiệt độ làm mềm rắn, lại không bám vào thành lò Giải pháp công nghệ lò "Katek" cho phép chuyển pha "xỉ lỏng sang xỉ rắn" làm cho phần khoáng than không bám vào thành lò phản ứng Nhờ giải pháp mà chi phí Oxy giảm xuống từ 16 – 25 % tăng hệ số tác dụng có ích hoá khí than lên đến 77 ÷ 80 % Chi phí nước lò 20 ÷ 100 kg/tấn than phụ thuộc vào công suất lò sinh khí 1.1.2 Hiện trạng sử dụng công nghệ hóa khí than số quốc gia giới Trang7 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than 1.1.2.1 Khí hóa than Trung Quốc Trung Quốc nước có mức tiêu thụ than chiếm 1/3 tổng lượng than toàn cầu than tham gia vào 70% nguồn lượng quốc gia Ngay có phát triển nguồn lượng khác Trung Quốc nước ngày tăng mức tiêu thụ than, đặc biệt vào lĩnh vực sản xuất hóa chất điện Vấn đề mà Trung Quốc quan tâm sử dụng than có hiệu tác hại môi trường Cho đến năm 90 kỷ trước tổng lượng NH3 lỏng sản xuất Trung Quốc vào khoảng 21,289 triệu Trước đó, năm 1970 - 1980, Trung Quốc xây dựng 16 nhà máy sản xuất NH3, nhà máy có công suất 1000 NH3/ ngày Trong số nhà máy có nhà máy từ than Công ty Lurgi thiết kế với công suất 900 NH3/ ngày, sản phẩm thu DAP, đặt Lucheng, Shanxi Hiện nhà máy sản xuất NH3 từ than điển hình Trung Quốc Hóa chất Ngô Kinh, Liễu Hóa, Hà Trì, An Hóa, Lỗ Nam, Thạch Gia Trang đa số nhà máy sử dụng lò khí hóa kiểu cũ (LURGI) với kích cỡ φ2745, φ3000 vàφ3600 để khí hóa than Trong số nhà máy có số nhà máy sử dụng lò khí hóa than theo công nghệ TEXACO, nhà máy Lỗ Nam, Ngô Kinh Trong vài năm gần đây, Công ty Shell Global Solution Sinopec Trung Quốc tiến hành số dự án liên doanh 50 - 50, sử dụng công nghệ khí hóa than theo công nghệ SHELL để sản xuất phân bón Nhà máy SINOPEC/ SHELL công suất than 2000 tấn/ ngày đặt Dongting - Hunan, cách Đông Nam Thượng Hải 900km Nhà máy sử dụng nguyên liệu than thay cho Naphtha để sản xuất khí tổng hợp phục vụ ngành sản xuất phân bón Vào năm 2004 nhà máy trị giá 140 triệu USD vào vận hành Trang8 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than SINOPEC SHELL cho vận hành hai nhà máy sản xuất phân bón từ than tương tự đặt Hồ Bắc (công suất 2000 than/ ngày) An Huy (1500 than/ ngày), dự kiến vận hành vào năm 2005 Công ty SHELL cung cấp quyền công nghệ khí hóa than cho số nhà máy khác Trung Quốc, nhà máy Yingcheng công suất 900 than/ ngày Lan Châu công suất 1200 tấn/ ngày để sản xuất phân bón Một liên doanh SINOPEC SHELL trị giá 136 triệu USD Yueyang xây dựng có công suất 2000 than/ ngày Các nhà máy sản xuất đạm từ than Trung Quốc giảm chi phí đáng kể sau chuyển sử dụng nguồn nguyên liệu đắt tiền naphtha sang nguyên liệu than khai thác địa phương Công nghệ tiên tiến giúp Trung Quốc giảm phụ thuộc vào nhập loại than đắt tiền Trung Quốc quan tâm tới Công nghệ CCGI - sản xuất điện - đạm SHELL Các nhà máy điện dự kiến đưa vào vận hành năm 2007 - 2008 Trung Quốc sử dụng công nghệ SHELL gồm có: - Nhà máy CCGI Yantai công suất 3000 than/ ngày Yantai - Nhà máy sử dụng than cốc than cám dự kiến sản xuất điện, hoạt động vào năm 2008 Đài Loan dự định cho vận hành nhà máy điện sở khí hóa than theo Công nghệ SHELL đặt Changbin, sử dụng 2000 than/ ngày, cho công suất 250 MW vào năm 2007 Nói tóm lại, Trung Quốc nước có nhiều nhà máy sản xuất phân bón từ than (có khoảng 60 nhà máy đạm từ than cỡ nhỏ dùng lò φ2.000 sử dụng than cục khí hóa, sản xuất NH3, NH4 NO3 khoảng 40 nhà máy cỡ trung bình, sử dụng loại lò φ 3000 ÷ 6000 với tổng công suất 100.000 NH3/ ngày) Trung Quốc hiện đại hóa (tự động hóa) công nghệ sản xuất NH3 từ khâu khí hóa than đến tổng hợp NH3, điển hình nhà máy Trang9 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than Ngô Kinh, An Hóa điều quan trọng để tự động hóa nguồn cung cấp than phải ổn định chất lượng, thiết bị sử dụng phải có độ tin cậy cao, hệ thống điều khiển phải có độ xác lớn, bền mặt khác điều hành phải tuân thủ nghiêm ngặt quy trình thao tác 1.1.2.2 Khí hóa than Nam Phi Nam Phi có trữ lượng than lớn, từ loại than antraxit chất lượng cao đến loại than bitum chất lượng thấp (hàm lượng tro cao) Than bitum sử dụng nguồn cung cấp nhiệt cho nhà máy nhiệt điện cung cấp cacbon cho nhà máy hóa chất Sản lượng amoniac Nam Phi đạt 627000 tấn/năm, chủ yếu dựa công nghệ khí hóa than 1.1.2.3 Khí hóa than Ấn Độ Khả sẵn có để khai thác sử dụng yếu tố chi phối việc lựa chọn nguyên liệu cho ngành sản xuất phân bón Ấn Độ Xu hướng nguyên liệu dịch chuyển từ nguyên liệu rắn (than) khí lò cốc thập niên 1960 sang nguyên liệu lỏng (naphtha dầu nhiên liệu) thập niên 1970, đến khí thiên nhiên vào thập niên 1980 Nói chung, năm qua công ty Ấn Độ thường ưu tiên sử dụng khí thiên nhiên naphtha, sở phân bón sử dụng nguyên liệu than bị đóng cửa Nhưng có thời gian nguồn cung khí thiên nhiên eo hẹp bị cạnh tranh nhu cầu từ nhà máy phát điện Lượng khí thiên nhiên cần cho nhà máy sản xuất urê công suất 2200 /ngày tương đương lượng khí cần cho nhà máy nhiệt điện 250 MW Ấn Độ cố gắng giải vấn đề nguyên liệu nhiều cách khác nhau, từ nhập khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) đến xây dựng hệ thống đường ống vận chuyển quy mô lớn Người ta cho việc sử dụng trữ lượng than lớn Ấn Độ cho sản xuất amoniac urê góp phần giải toán 1.1.2.4 Khí hóa than Mỹ Trang10 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than vùng khử Ở sản phẩm khí tạo thành cửa II với sản phẩm khí trình khí hóa thuận * Ưu nhược điểm phương pháp khí hóa liên hợp: Quá trình khí hóa thuận có ưu điểm sản phẩm có hàm lượng nhựa bé, khuyết điểm có phần than chưa tham gia hoàn toàn vào phản ứng khí hóa bị thải Quá trình khí hóa nghịch có ưu điểm than tham gia hoàn toàn vào phản ứng cháy khử Quá trình khí hóa liên hợp khắc phục nhược điểm hai trình khí hóa Song khó khăn lớn phương pháp liên hợp vận tốc gió đưa từ lên lớn chúng có khả thừa oxy, thoát lên gây cháy sản phẩm khí CO, H2 Nếu vận tốc gió bé, lượng than lại tro xỉ lại tăng lên Do phương pháp khí hóa liên hợp có ưu điểm dùng hạn chế, dùng để sản xuất khí chạy động từ loại than có độ tro cao than bùn 2.2.1.2 Giới thiệu cấu trúc số lò khí hóa kiểu tầng cố định Dưới giới thiệu loại lò khí hóa than tầng cố định, vỉ quay với tốc độ chậm khoảng 120 phút/vòng nhằm tháo xỉ khỏi lò Thân lò gồm hai phần : - Phần vỏ bọc sản xuất nước từ nguồn nhiệt làm lạnh lò - Phần lót gạch chịu lửa, than chất khí hóa ngược chiều Hình 2.9 : Lò khí hóa than tầng cố định vỉ quay Trang49 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than Tấm phân phối nhiên liệu; Mâm tháo xỉ; Mũ phân phối gió; Hệ truyền động quay mâm xỉ; Dao gạt hệ điều khiển dao; Cửa tháo xỉ; Vỏ bọc nước thân lò; Thùng phát sinh nước; Nồi bunke than; 10 Ống thổi gió (không khí + nước bổ sung oxy) 2.2.1.3 Ưu nhược điểm trình khí hóa tầng cố định Nhờ xếp vùng phản ứng lò, vùng vùng kia, nên nhiệt độ lò giảm dần từ lên trên, than xuống nóng Phương pháp khí hóa tầng cố định, phương pháp khí hóa thuận liên hợp, có ưu điểm sử dụng tất loại nhiên liệu ban đầu khác (về độ ẩm độ tro) mà không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng khí than Than từ vùng sấy qua vùng bán cốc nên ẩm chất bốc thoát hết, đến vùng khử vùng cháy than giữ nhiệt độ cần thiết cho phản ứng khử phản ứng cháy, chất lượng khí sản phẩm tốt Trang50 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than Chính phương pháp cho phép khí hóa tất loại than, từ than non đến than già, kể loại đá dầu có hàm lượng tro cao (đến khoảng 50% tro) củi gỗ, (có độ ẩm đến 30%) Phương pháp không dùng loại than cám than bụi Phương pháp khí hóa tầng cố định cho phép sản xuất khí than có chứa nhiều hydrocacbon, khí sản phẩm có nhiệt cháy cao, có lợi dùng vào mục đích làm khí đốt Mất mát cacbon theo xỉ than phương pháp tương đối ít, theo chiều chuyển động than từ xuống nồng độ tác nhân khí O2, H2O tăng lên nồng độ cacbon pha rắn giảm dần Nhược điểm phương pháp mát nhiệt theo xỉ nhiều vùng tro xỉ tiếp xúc trực tiếp với vùng cháy, vùng có nhiệt độ cao, hiệu suất nhiệt trình khôngcao 2.2.2 Khí hóa than kiểu tầng sôi ( đường kính cục than từ 10 mm ) Trong khai thác than mỏ, khối lượng than cám than bụi nhiều, tới 50% tổng số lượng than khai thác Vì việc áp dụng công nghệ thích hợp để sử dụng loại than có kích thước hạt nhỏ cần thiết Than cám than bụi có kích thước hạt nhỏ - 10mm 2mm, xếp loại than vào lò khí hóa trở lực lớp than lớn Vì khí hóa dạng chặt tầng cố định phải dùng tốc độ gió lớn khắc phục trở lực để đảm bảo cho lò có suất định Nhưng tăng tốc độ gió không tránh khỏi có số hạt than "sôi" lên, số hạt có kích thước nhỏ lại bay lơ lửng khí bay lò phản ứng Như chế độ khí hóa kiểu tầng cố định không giữ nguyên chế độ hoạt động Do loại than cám, than bụi phải áp dụng phương pháp khí hóa khác, phương pháp khí hóa than theo phương pháp tầng sôi dạng dòng Trang51 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than 2.2.2.1 Nguyên lý khí hóa than kiểu tầng sôi Theo phương pháp khí hóa than tầng sôi nhiên liệu gió hướng từ đáy lò Nhiên liệu sôi lơ lửng lò khí đốt tạo Khí sản phẩm cửa đỉnh lò qua thiết bị lọc bụi, trước đưa vào sử dụng lực đẩy gió trọng lực than Tốc độ gió lúc gọi tốc độ tới hạn, xác định theo công thức: × g × yt × d Wtới hạn = × C × y k m/s yt : Trọng lượng riêng than yk : Trọng lượng riêng khí d : Kích thước hạt than C : Hệ số phụ thuộc vào hình dạng hạt than phụ thuộc vào Re Nếu Wgió > Wtớihạn than bay lò theo khí Trang52 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than Vì Wgió không cho phép vượt Wtớihạn Như than có kích thước d lớn Wtớihạn lớn Khí hóa tầng sôi thường dùng kích thước hạt 0,5 - 3mm 2.2.2.2 Giới thiệu cấu trúc số lò khí hóa kiểu tầng sôi Lò lớp sôi thuộc loại thiết bị trộn lý tưởng Tới trạng thái làm việc ổn định tính chất hệ (bao gồm tính chất hóa học - Ví dụ thành phần hệ, tính chất vật lý) đồng toàn khoảng không gian lớp sôi Ở không phân zôn phản ứng Thiết bị mang đầy đủ ưu điểm nhược điểm loại lò phản ứng khí rắn Loại lò sớm lò F Winkler Hình 2.11 : Lò lớp sôi Winkler (áp suất thường) Bunke than; Bunke bụi; Thân lò; Tấm gạt xỉ; Ghi lò; Vít vô tận tháo xỉ than; Hệ truyền động; Ống than; Bunke xỉ; 10 Hơi chính; 11 Hơi thứ Lò lớp sôi dùng than cám, kích thước hạt cỡ 10 mm Chất khí hóa nước pha oxy; 70% lượng chất khí hóa đưa vào từ đáy lò với vận tốc ÷ 10m/sec qua vỉ phân phối tạo lớp sôi 30% bổ sung đỉnh lớp sôi Chiều cao lớp sôi chừng 1000 ÷ 1200 mm Hình 2.12 giới thiệu Trang53 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than cấu tạo loại lò có đường kính 5,5 m, dùng than nâu, suất tới 6.000 ÷ 10.000 Nm3/h Hình 2.12 : Lò lớp sôi Winkler vỉ phân phối khí Chú thích: Hơi thứ; Hơi chính; Vít tháp xỉ; Vít cấp than; Bunke than Xem hình 2.11 ta thấy than từ bunke - có nitơ để chống cháy, qua vít vô tận đưa vào lớp sôi Chất khí hóa từ đáy lò qua ghi tạo lớp sôi Cung cấp thứ vào đỉnh lớp sôi trợ giúp cho phản ứng khí hóa Thân lò cao tới 12 ÷ 15m, nhằm tạo điều kiện cháy hết than mịn với kích thước nhỏ kích thước bình quân, đồng thời tách phần bụi Xỉ tháo khỏi lớp sôi qua vít vô tận đưa vào bunke Khí than khỏi đỉnh lò 2.2.2.3 Ưu nhược điểm trình khí hóa than kiểu tầng sôi a Ưu điểm - Than liên tục chuyển vào lò khí hóa Trang54 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than - Than đảo trộn lớp sôi nên trình truyền nhiệt cao, điều làm cho phân bố nhiệt độ đồng theo chiều cao lò - Cấu tạo lò đơn giản, vốn đầu tư thấp - Khi thổi gió vào lò, hạt lớn tập trung đáy lò Các hạt nhỏ phía dễ dàng bay lò theo gió để làm giảm lượng bụi than bay theo gió người ta đưa than gió bậc khoảng lò để tăng cường trình khí hóa Nhưng gió bậc thổi từ đáy lò lên chủ yếu - Khi khí hóa tầng sôi, nhiên liệu gió hướng từ đáy lò, than tiếp xúc với vùng có nhiệt độ cao Quá trình sấy, bán cốc xẩy vùng Lượng chất bốc sinh gặp oxy gió cháy hết thành CO2 H2O, phần nhỏ khác bị nhiệt phân Vì khí sản phẩm khỏi đỉnh lò sản phẩm lỏng, loại hyđrocacbon nên khí sạch, dùng cho tổng hợp hóa học có lợi - Vì khí hóa tầng sôi nên hạt than chuyển động lò ranh giới rõ rệt vùng phản ứng (như vùng cháy, vùng khử, vùng nhiệt phân khí hóa tầng cố định) nhiệt độ trung bình lò giảm xuống Vì đặc điểm nên nhiệt độ lò phương pháp khí hóa tầng sôi đạt từ 900 đến 1000 0C b Nhược điểm -Để nâng cao nhiệt độ lò, dùng thêm oxy nước vào gió, nâng nhiệt độ phản ứng cao 1150 0C, nhiệt độ làm chảy xỉ Do nhiệt độ lò không nâng cao nên loại than già, than antraxit có tốc độ phản Trang55 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than Hình 2.13:Quá trình khí hóa kiểu dòng lôi 2.2.3.1.Nguyên lý khí hóa than dòng lôi Nguyên lý hoàn toàn giống trình hóa khí tầng sôi, sử dụng cho than bụi , cám có đường ng kính ÷ mm Theo công nghệ người ta phải tăng áp cửa vào lò dòng Trong trình khí hóa áp suất tăng lên Dưới nêu phương pháp khí hóa than dạng dòng kiểu Koppers - Totzek: - Theo phương pháp nguyên liệu than nguyên liệu chứa cacbon thể rắn lỏng Người ta khí hóa than oxy nước áp suất khí Quy trình có thời gian coi phương pháp điển hình để khí hóa than dạng dòng (bụi) - Than nguyên liệu, có độ tro < 40%, nghiền mịn đến kích thước < 0,1mm, độ ẩm không - 8% than nâu, - 2% với than đá Sấy nghiền thực công đoạn Trang56 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than - Lò khí hóa thiết bị tròn nằm ngang phía lót vật liệu chịu nhiệt Vòi phun để chuyển nhiên liệu, oxy, nước (còn gọi đầu khí hóa) bố trí đối diện - Hiện phương pháp khí hóa dạng dòng (bụi) kiểu Koppers - Totzek dùng để sản xuất khí tổng hợp amoniăc Phương pháp khí hóa nhiệt độ cao đạt hiệu suất nhận khí tổng hợp cao, tất chất hữu than chuyển hóa thành CO2, CO, H2, H2O Do làm lạnh khí không cần có công đoạn tách chất nhựa, dầu, benzen, phenol Nhờ trình làm khí nói chung đơn giản 2.2.3.2 Giới thiệu cấu trúc mốt số lò khí hóa kiểu dòng lôi Khởi đầu công nghệ lò Đức: KT.Koppers – Totzek Ống dẫn khí than, nồi hơi; Bunke than; Bộ phận làm lạnh xỉ; Thùng chứa xỉ; Tháo xỉ Trang57 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than Bunke than; Bộ phận phát sinh nước; Lò Koppers Totzek; Nồi nhiệt thừa; Tháp rửa làm khí; Làm lạnh khí Với loại lò nguyên liệu dạng bột than bùn chất khí hóa phun vào đỉnh lò tạo lửa cháy mạnh, nhiệt độ tâm lưỡi lửa lên tới 2000oC Trong dòng chảy hạt thể huyền phù Kích thước hạt than cỡ 0,1mm Toàn trình khí hóa kết thúc miền cự ly 0,5m cách miệng phun, thời gian phản ứng cỡ 0,1 giây Tổng thời gian dừng than lò khoảng giây Ở thực tạo dòng chảy liên tục Xỉ hóa lỏng phun nước làm lạnh tạo viên, 70% tách khỏi đáy lò, 30% theo khí, lò làm việc áp suất thường Chất khí hóa gồm: Lượng oxy: 0,85 ÷ 0,9 kg/kg than, tỷ lệ nước/than: 0,3 ÷ 0,34 kg/kg than, hiệu suất sử dụng than 98% Sau nhiều công ty cải tiến nhằm nâng cao cường độ lực sản xuất lò Ví dụ lò Shell - Coppers làm việc áp suất cao, lò TEXACO nâng suất lên 910 tấn/ngày Hình 2.16 hình 2.17 giới thiệu cấu tạo công nghệ Hình 2.16 : Cấu tạo lò Shell - Coppers làm việc áp suất cao Trang58 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than Thân lò đốt; Cụm vòi phun; Vòi phun oxy; Nước làm lạnh; Nước làm lạnh ra; Gạch chịu lửa; Buồng làm lạnh; Bộ phận chứa xỉ; Thùng trộn than tạo bùn than Hình 2.17 : Dây chuyền công nghệ TEXACO Gầu than; Bunke; Thùng bụi than; Bình trộn; Bơm cao áp; Buồng đốt; Buồng làm lạnh; Xỉ; Nồi hơi; 10 Tháp rửa; 11 Gom bùn Theo công nghệ than nghiền mịn tạo bùn có nồng độ cao pha thêm số phụ gia đá vôi, dolomit nhằm nâng cao nhiệt độ nóng chảy xỉ, oxy phun vào lò qua vòi phun, thường dùng loại vòi phun có lớp Ống trung tâm pha 15% lượng oxy, khe ống bùn than, vỏ phun 85% oxy lại Trang59 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than Thành lò lát gạch chịu lửa đặc biệt: Nhiệt độ cao, chịu bào mòn, chịu ăn mòn xỉ Qua phản ứng nhiệt độ lên tới 2600 0C Xỉ hóa lỏng; Khí than trực tiếp gián tiếp làm lạnh xuống 700 0C để sản xuất nước cao áp - qua nồi hạ nhiệt tiếp từ 700 0C xuống 3000 C, sau dùng nước làm lạnh trực tiếp xuống 2000 C Năng suất thường cỡ 6,35 than/giờ, hiệu suất cháy than đạt 98% ÷ 99% 2.2.3.3 Ưu nhược điểm trình khí hóa dòng lôi - Than cám, than bụi có giá thành rẻ so với than cục - Có thể sử dụng nhiều loại than, kể than có tính kết dính cao - Sản phẩm khí không chứa sản phẩm phụ (nhựa, dầu, phenol, axit béo ) nên không cần thiết phải làm tinh chế - Có thể thay than nhiên liệu hyđrocacbon lỏng hay khí Ta thấy phương pháp khí hóa theo dạng dòng có nhiều ưu điểm, khí dùng cho mục đích dân dụng cho tổng hợp hóa học Phương pháp dùng nhiều Mỹ Cấu tạo thiết bị cải tiến đáp ứng nhu cầu sản xuất khí tổng hợp cho công nghiệp sản xuất amoniac ure dùng cho nông nghiệp Trang60 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than CHƯƠNG III HỆ THỐNG KHÍ HÓA THAN TẦNG CỐ ĐỊNH KIỂU NGƯỢC CHIỀU 3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống hóa khí than 19 20 13 16 17 15 14 12 10 11 18 Hình 3.1 : Sơ đồ nguyên lý hệ thống khí hóa than tầng cố định kiểu ngược chiều 1.Thân lò hóa khí; Áo nước; Van thủy lực; 4.Phểu chứa than; Ống dẫn không khí từ sấy tới lò hóa khí; Mũ gió; Xiclôn nóng; Ống dẫn khí; Bộ sấy không khí; 10 Quạt hút; 11 Thùng chứa bụi; 12 Đường ống dẫn từ bao tới lò hóa khí; 13 Bao hơi; 14 Đường ống dẫn nước từ bao xuống áo nước; 15 Đường ống dẫn từ áo nuớc lên bao hơi; 16 Các ống để đo nhiệt độ; 17 Ống mồi lửa; Trang61 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than 18 Quạt cấp gió vào sấy; 19.Cơ cấu cấp than vào lò; 20 Hệ thống gàu tải * Nguyên lý hệ thống : Than cấp vào lò khí hóa nhờ hệ thống gàu tải (20) cấu cấp than (19) Than sau vào lò khí hóa thực phản ứng hóa học với chất khí hóa từ lên để tạo thành khí than tỏa nhiệt lượng cao, đặc biệt zôn khí hóa Tại zôn khí hóa có thiết bị áo nước (2) nhằm mục đích giảm nhiệt độ vùng khí hóa đồng thời sản xuất lượng nước cần thiết cung cấp cho trình Hơi nước sinh chứa bao (13) Khí than sau khỏi lò qua xclôn để lọc bụi (7) qua bô sấy không khí (9) trao đổi nhiệt với không khí tới nơi tiêu thụ nhờ quạt hút (10) Không khí bên cấp vào sấy không khí nhờ quạt (18) nhận nhiệt khí than lên đến nhiệt độ theo yêu cầu hòa trộn với nước từ bao thành chất khí hóa vào lò khí hóa để thực phản ứng hóa học với than Trang62 of 63 BÀI TIỂU LUẬN Khí hoá than KẾT LUẬN Đề tài giúp hiểu thêm kiến thức khí hoá than giới,và Việt Nam Đề tài tìm hiểu khí hoá than đưa vấn đề sau : - Tài nguyên than lớn giới nói chung nước ta nói riêng - Những lợi ích to lớn mà công nghệ hóa khí than mang lại mặt kinh tế môi trường - Sơ lược trình khí hóa công nghệ hóa khí than - Đề tài cho thấy khả ứng dụng chế tạo hệ thống khí hóa tầm tay Thiết nghĩ Nhà Nước nên có sách cụ thể để khuyến khích nhà khoa học sâu nghiên cứu công nghệ nhằm áp dụng cách hiệu cho đất nước Sau nhiều nỗ lực tìm kiếm,và giúp đỡ nhiệt tình giáo viên Lê Thị Kim Huyền hoàn thành đề tài Trang63 of 63