Bài giảng Công nghệ chuyển hóa than: Phần 8 (2) - Văn Đình Sơn Thọ

Chia sẻ: Kiếp Này Bình Yên | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:87

Thêm vào BST

Báo xấu

106
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Công nghệ chuyển hóa than - Phần 8 (2) tiếp tục trình bày về công nghệ khí hóa than. Trong phần này chúng ta sẽ tìm hiểu: Nguyên liệu để khí hóa, các vùng trong thiết bị khí hóa, khí hóa tầng chuyển động, khí hóa tầng sôi, khí hóa trong lòng đất,... Mời các bạn tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Công nghệ chuyển hóa than: Phần 8 (2) - Văn Đình Sơn Thọ

PHẦN 8 CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA THAN Giảng viên : Văn Đình Sơn Thọ Phone : 097.360.4372 thovds-petrochem@mail.hut.edu.vn Địa chỉ load bài giảng : https://sites.google.com/site/vandinhsontho
 Khí hóa than đó là phản ứng oxy hóa không hoàn toàn phần hữu cơ của than dưới tác dụng của oxy, hơi nước hoặc các tác nhân oxy hóa khác.  Quá trình khí hóa than xảy ra ở nhiệt độ cao (800oC-1800oC) để thu được khí H2 và CO.  Trong công nghiệp hỗn hợp khí này thường được đốt trong các lò công nghiệp ( chủ yếu nhà máy nhiệt điện, xy măng, ceramic…).  Làm nguyên liệu đểđể sản xuất NH3 và CH3OH và nhiên liệu tổng hợp. H2 đó là những hóa chất cơ bản để thiết lập nên ngành hóa học hữu cơ.
Nguyên liệu để khí hóa  Than  Chất thải sinh hoạt  Biomass  Petrocoke
Các vùng trong thiết bị khí hóa  Vùng cháy  Vùng khử  Vùng nhiệt phân  Vùng sấy
Vùng cháy :  Là nơi xảy ra phản ứng cháy của than với oxy.  Phản ứng  Đây là pu oxy hóa tỏa nhiệt mạnh ( Q = 98500 Kcal/Kmol) và nguồn nhiệt này sẽ cung cấp nhiệt lượng cho toàn bộ quá trình khí hóa.  Đối với tầng chuyển động thì nhiệt độ của vùng khí hóa phải thấp hơn nhiệt độ chảy mềm của tro. Sản phẩm của vùng cháy sẽ chuyển động lên vùng khử và cấp nhiệt cho than ở vùng khử.  Quá trình truyền nhiệt chủ yếu là đối lưu ( không có dẫn nhiệt vì hệ số dẫn nhiệt của than là rất kém.)
Vùng khử :  Khí đi vào vùng khử là sp của nguyên liệu của vùng cháy gồm CO2 và hơi nước. Sẽ có 03 phản ứng chính sau 1. C + CO2 = 2CO – Q 2. C + H2O = CO + H2 – Q 3. C + 2H2O = CO2 + 2H2 – Q  Vùng khử sẽ tạo ra khí CO và H2 và thu nhiệt mạnh, lúc này tốc độ của phản ứng giảm
 Vùng nhiệt phân : Sản phẩm của vùng khử đi vào vùng nhiệt phân và sẽ nung nóng than trong vùng này. Quá trình nhiệt phân sẽ xảy ra quá trình cắt các mạch nhánh của phân tử than tạo ra các sản phẩm khí và sản phẩm lỏng (còn gọi là chất bốc)  Vùng sấy
Quá trình khí hóa phụ thuộc và thiết bị chính của quá trình đó là là khí hóa. Lò khí hóa hiện đang sử dụng rộng rãi trên thế giới được phân làm 3 loại : 1. Khí hóa tầng chuyển động, 2. Khí hóa tầng sôi 3. Khí hóa tầng chuyển động 4. Khí hóa trong lòng đất
Khí hóa tầng chuyển động  Tầng chuyển động còn được gọi là tầng chặt, đặc trưng của thiết bị này là tầng than chuyển động từ từ xuống dưới do trọng lượng.  Trong thiết bị này, khí tổng hợp ở tầng khí hóa sẽ đốt dòng và nhiệt phân của những lớp than tiếp theo. Trong quá trình này lượng oxy tiêu tốn là không đáng j kể vì sản phẩm của quá trình nhiệt phân thường tồn tại trong hỗn hợp khí sản phẩm.  Nhiệt độ của dòng khí sản phẩm ra khỏi lò phản ứng là không cao và nhiệt độ của lớp xỉ là cao nhất trong toàn bộ lò.  Nguyên liệu sử dụng cho quá trình này thường là than cục. Trong trường hợp than có quá nhiều hạt nhỏ và nếu than đó không có tính bền nhiệt nó có thể cản trở dòng khí lưu thông trong lò.
Khí hóa tầng sôi  Lò tầng sôi có ưu điểm là có sự phối trộn rất đồng đều của nguyên liệu và tác nhân oxy hóa và thúc đẩy quá trình trao đổi nhiệt và chuyển khối.  Quá trình này đảm bảo việc phân phối đồng đều của nguyên liệu trong tầng sôi nhưng một lượng nhất định nguyên liệu sẽ bị đưa ra ngoài cùng với tro. Chính vì vậy ức chế quá trình chuyển hóa của lò tầng sôi.  Nhiệt độ của lò khí hóa phải thấp hơn nhiệt độ chảy mềm của tro vì nếu tro kết dình với nhau sẽ ảnh hưởng đến quá trình sôi của lớp nguyên liệu.  Một vài nỗ lực đã ngiên cứu điều khiển nhiệt độ của lò ở nhiệt độ mềm của tro để nâng cao quá trình chuyển hóa của nguyên liệu.  Kích thước của than cũng là một yếu tố quan trọng của thiết bị này, nếu kích thước quá nhỏ sẽ bay ra ngoài lò và được tách ra bằng cyclon và sau đó lại được đưa lại vào lò phản ứng.  Nhiệt độ lò thấp hơn sẽ phù hợp hơn cho quá trình khí hóa những nguyên liệu như than chấy lượng thấp hoặc biomass.
Khí hóa cùng chiều  Thiết bị khí hóa cùng chiều là tác nhân oxy hóa và nguyên liệu chuyển động cùng chiều.  Thời gian tiếp xúc rất ngắn, chỉ vài giây.  Kích thước của nguyên liệu nhỏ hơn 100micro do đó quá trình chuyển khối và vận chuyển trong dòng gas sẽ không đồng nhất. Do thời gian tiếp xúc ngắn do đó nhiệt độ quá trình phải cao để đảm bảo quá trình chuyển hóa và do đó lượng oxy cần thiết sẽ lớn.  Quá trình này có ưu điểm là có thể sử dụng được nhiều loại than khác nhau kể cả những loại than có hàm ẩm cao và hàm lượng tro lớn.
KHÍ HÓA TẦNG CHUYỂN ĐỘNG
 Xét về mặt lịch sử đây là quá trình lâu đời nhất để sản xuất khí tổng hợp và hơi nước.  Nguyên liệu phù hợp cho qua trình này là than antraxit  Thiết bị làm việc ở áp suất thường và khí của quá trình khí hóa tầng chuyển động phải được làm sạch để tách loại tar.
Sản xuất khí đốt  Trong thiết bị sx khí, không khí ẩm được thổi từ dưới lên qua lớp than nóng đỏ. Than được nạp liệu từ trên đỉnh xuống và chuyển động từ từ xuống phía dưới.  Xỉ được tháo ra ở phí dưới lò bằng thiết bị thủy lực.  Không khí sẽ phản ứng với than và sx khí gas có nhiệt trị thấp 6500kj/m3. Nhiệt trị thấp do trong thành phần không khí thổi lò phản ứng có N2 nên ở trong pha khí sản phẩm khí N2 chiếm khoảng 50% và đó là nhược điểm của công nghệ này.  Ưu điểm của công nghệ này là có thể cho phép sx khí một cách liên tục.  Khi sử dụng những nguyên liệu khác như gỗ hoặc biomass thì nhiệt trị của khí chỉ khoảng 3500kJ/m3.  Công nghệ này thường được áp dụng cho các ngành công nghiệp nhỏ để lấy khí cho quá trình đốt lò công nghiệp ( khí cho ngành thủy tinh, sành sứ và luyện cốc…) và đặc biệt công nghệ này được áp dụng rất rộng rãi ở Trung Quốc.
Sản xuất hơi nước  Sản xuất khí hơi nước là quá trình không liên tục, khi đó hơi nước sẽ phản ứng với than hoặc coke để sx H2 và CO.  Đầu tiên không khí được thổi từ dưới lên để phản ứng với lớp than, khi nhiệt độ đạt 1300oC, không khí sẽ ngừng thổi và hơi nước sẽ được đưa vào từ dưới lên và sau đó từ trên xuống để sản xuất khí hơi nước.  Quá trình thổi hơi nước theo hai chiều mục đích để cho chế độ nhiệt được đồng đều trong toàn hệ thống vì phản ứng khử là phản ứng thu nhiệt mạnh. Khi nhiệt độ của lò hạ xuống khoảng 900oC thì hơi nước sẽ dừng lại và thay thế là dòng không khí.  Các chu kỳ cứ như thế được tiến hành để sản xuất khí hơi nước. Sau khi phân riêng và làm sạch khí hơi nước, khí H2 và CO có thể được sử dụng để sx amoniac hoặc methanol. Khi công nghệ phân tách O2 và N2 chưa phát triển thì quá trình sx khí hơi nước là quá trình có thể sản xuất khí tổng hợp có chất lượng cao.
Công nghệ khí hóa than của nhà máy phân đạm Hà Bắc  Sinh viên báo cáo