Đôi nét về công nghệ khí hóa than

Chia sẻ: Bibo Bibo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

155
lượt xem 43
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong những năm gần đây, nhằm giảm thiểu những nhược điểm nói trên, các nước tiên tiến trên thế giới đã và đang áp dụng những công nghệ hiện đại trong việc chuyển hóa than thành dạng nhiên liệu khác như nhiên liệu lỏng (coal liquefation), nhiên liệu khí ( coal gasification), sử dụng an toàn, hiệu quả, không gây ô nhiễm môi trường, nâng cao hiệu suất sử dụng than, giảm tổn thất tài nguyên, đảm bảo phát triển năng lượng bền vững. 1. Giới thiệu chung Theo thống kê về năng lượng thế giới của BP (British Petroleum)...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đôi nét về công nghệ khí hóa than

Đôi nét về công nghệ khí hóa than Trong những năm gần đây, nhằm giảm thiểu những nhược điểm nói trên, các nước tiên tiến trên thế giới đã và đang áp dụng những công nghệ hiện đại trong việc chuyển hóa than thành dạng nhiên liệu khác như nhiên liệu lỏng (coal liquefation), nhiên liệu khí ( coal gasification), sử dụng an toàn, hiệu quả, không gây ô nhiễm môi trường, nâng cao hiệu suất sử dụng than, giảm tổn thất tài nguyên, đảm bảo phát triển năng lượng bền vững. 1. Giới thiệu chung Theo thống kê về năng lượng thế giới của BP (British Petroleum) và WEC (World Energy Council) thì hi ện nay, trong tổng số 633 tỷ tấn trữ lượng than trên thế giới, khu vực châu Á - Thái Bình Dương có trữ lượng 63 tỷ tấn, đứng thứ 5 sau Bắc Mỹ (178 tỷ tấn), Liên Xô (cũ) (159 tỷ tấn), Trung Quốc (80 tỷ tấn) và Ấn Độ (65 tỷ tấn). Than là nguồn nhiên liệu hóa thạch quan trọng được sử dụng trong sản xuất điện, luyện thép, chế tạo phân bón và các sản phẩm hóa học. Trong tương lai, than tiếp tục duy trì vai trò chính trong cán cân n ăng lượng thế giới. Tuy nhiên, tới nay việc khai thác, chế biến và sử dụng than lại là tác nhân chính, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Phát thải khí CO2 trong các quá trình trên đã gây ra hiệu ứng nhà kính, phá hủy tầng ôzôn. Ngoài ra, trong quá trình khai thác than, nhất là khai thác bằng phương pháp hầm lò, thường xảy ra những vụ tai nạn nghiêm trọng do nổ khí, bụi than, do bục nước, sập lò, trượt lở đất đá.... làm chết hoặc bị thương nhiều người. So sánh với các ngành công nghiệp khác thì tỷ lệ các vụ tan nạn gây chết người trong ngành khai thác than đặc biệt cao và nghiêm trọng. Trong những năm gần đây, nhằm giảm thiểu những nhược điểm nói trên, các nước tiên tiến trên thế giới đã và đang áp dụng những công nghệ hiện đại trong việc chuyển hóa than thành dạng nhiên liệu khác như nhiên liệu lỏng (coal liquefation),
nhiên liệu khí ( coal gasification), sử dụng an toàn, hiệu quả, không gây ô nhiễm môi trường, nâng cao hiệu suất sử dụng than, giảm tổn thất tài nguyên, đảm bảo phát triển năng lượng bền vững. Bằng phương pháp hóa lỏng, than được chuyển hóa thành các loại nhiên liệu lỏng như dầu diesel, gazolin. Trong ph ương pháp Fischer -Tropsch, than có thể chuyển hóa thành khí ga sau đó được hóa lỏng. Trong chiến tranh thế giới thứ nhất và thứ hai, người Đức đã tiến hành hóa lỏng than bằng ph ương pháp Bergius mà nguyên tắc chính là trộn lẫn than với khí hydro và đốt nóng. Tới nay còn có một số phương pháp hóa lỏng than khác trong đó phải kể đến các phương pháp SRC-I và SRC-II (Solvent Refined Coal). Ngoài ra, còn có một phương pháp khác do Tập đoàn NUS (Mỹ) triển khai và được cấp bằng sáng chế vào năm 1976. Theo phương pháp này, than được nghiền khô và trộn với các chất xúc tác 1% molypđen. Quá trình hiđro hóa xảy ra trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao và tạo ra khí tổng hợp. Sản phẩm cuối cùng của phương pháp này là một dạng nhiên liệu lỏng, như dầu thô (napta), có chứa một lượng nhỏ NH3 và một lượng đáng kể CO2. Phương pháp cacbon hóa ở nhiệt độ thấp (LTC) cũng có khả năng chuyển hóa than thành dạng nhiên liệu lỏng. Than được luyện trong khoảng nhiệt độ 450° đến 700°C, thấp hơn so với nhiệt độ cốc hóa luyện kim (800 – 1000°C). ở nhiệt độ này, nhựa than được tạo ra nhiều hơn và sau đó được chế biến thành nhiên liệu lỏng. Khí hóa là phương pháp chuyển hóa các loại vật liệu chứa cacbon như than, dầu mỏ, nhiên liệu sinh học, sinh khối thành cacbon monoxit và hydro thông qua các phản ứng với oxy và hơi nước ở nhiệt độ cao. Sản phẩm khí sau phản ứng được gọi là khí tổng hợp và là một dạng nhiên liệu. Khí hóa là một phương pháp tạo ra năng lượng từ các dạng vật liệu hữu cơ khác nhau.
Ưu điểm của phương pháp khí hóa là sử dụng khí tổng hợp hiệu quả hơn nhiều so với việc đốt trực tiếp các nguồn nhiên liệu ban đầu do có thể đốt ở nhiệt độ cao hơn. Khí tổng hợp có thể đốt trực tiếp trong các động cơ đốt trong, sử dụng để sản xuất methanol và hydro hoặc chuyển hóa thành nhiên liệu tổng hợp nhờ phương pháp Fischer-Tropsch. Phương pháp khí hóa cũng có thể áp dụng với các loại nhiên liệu không có ích khác như các phế thải hữu cơ hay sinh khối. Quá trình đốt ở nhiệt độ cao giúploại bỏ các thành phần tro ăn mòn như clorua, kali tạo thành sản phẩm khí sạch. Công nghệ khí hóa tích hợp-Intergrated gasification combined cycle (IGCC) Hiện nay, khí hóa các nhiên liệu hóa thạch là một phương pháp được áp dụng rộng rãi trên quy mô công nghiệp để sản xuất điện. Hầu như bất kỳ vật liệu hữu cơ nào như gỗ, sinh khối, hay phế liệu chất dẻo đều có thể sử dụng l àm nhiên liệu khí hóa. Quá trình khí hóa dựa trên các phản ứng hóa học ở nhiệt độ trên 700°C. Trong lò khí hóa, vật chất chứa cacbon trải qua các phản ứng khác nhau:
1. Quá trình nhiệt phân xảy ra khi các hạt cacbon bị nung nóng. H ơi thoát ra, còn lại than (30%). Phản ứng này dựa trên các đặc tính vật liệu chứa cacbon và xác định cấu trúc và hợp phần của than sẽ tham gia các phản ứng khí hóa. 2. Quá trình đốt xảy ra khi các chất dễ bay hơi và một ít than phản ứng với oxi tạo thành cacbon đioxit và cacbon monoxit cung cấp nhiệt cho các phản ứng khí hóa tiếp theo. Gọi C là hợp chất hữu cơ chứa cacbon và phản ứng cơ bản xảy ra như sau: 3. Quá trình khí hóa xảy ra khi than phản ứng với cacbon đioxit và hơi nước để tạo ra cacbon monoxit và hyđro thông qua phản ứng: Ngoài ra, giai đoạn hồi khí trong phản ứng chuyển dịch khí – nước ( water gas shift reaction) đạt sự cân bằng rất nhanh trong môi trường nhiệt độ lò khí hóa. Điều này đã làm cân bằng nồng độ của cacbon monoxit, hơi nước, cacbon đioxit và hydro: Về cơ bản, một lượng giới hạn oxy hoặc không khí tham gia trong lò phản ứng đã khiến cho một lượng chất hữu cơ bị cháy, tạo ra cacbon monoxit và năng lượng, tiếp tục làm cho phản ứng tiếp theo xảy ra, chuyển hóa chất hữu cơ thành hyđro và cacbon đioxit. 2. Những lợi ích về môi trường Những lợi ích về môi trường của quá trình khí hóa chủ yếu là do khả năng giảm đáng kể những phát thải SOx, NOx và các hạt vật chất trong khi đốt nhiên liệu khí chuyển hóa từ than. Lượng lưu huỳnh có trong than đã được chuyển hóa thành sunfua hydro và được thu giữ lại. Trong nhiều phương pháp, khí lưu huỳnh có thể tách ra dưới dạng chất lỏng hoặc rắn có khả năng thương mại. Trong một nhà máy sử dụng công nghệ chu trình hỗn hợp khí hóa phát điện (IGCC), khí tổng hợp sản xuất ra chủ yếu dưới dạng ni-tơ nhiên liệu. Lượng NOx phát thải từ tuabin chạy
bằng khí đốt ngang bằng lượng NOx phát thải từ nhiệt. Làm loãng khí tổng hợp khiến cho lượng phát thải khí NOx chỉ ở mức 15 phần triệu (ppm). Sử dụng chất xúc tác có chọn lọc (SCR) có thể đạt hiệu suất cháy ngang với khí tự nhiên. Một số phương pháp kiểm soát phát thải khí ti ên tiến khác hiện đang được triển khai có khả năng giảm thiểu phát thải NOx xuống mức 2 phần triệu (ppm) từ các tua bin sử dụng khí hydro